JP2002202392A - Nuclear transformation device and method - Google Patents

Nuclear transformation device and method

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JP2002202392A JP2001201875A JP2001201875A JP2002202392A JP 2002202392 A JP2002202392 A JP 2002202392A JP 2001201875 A JP2001201875 A JP 2001201875A JP 2001201875 A JP2001201875 A JP 2001201875A JP 2002202392 A JP2002202392 A JP 2002202392A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To transform nuclear species with a relatively small device. SOLUTION: The device 10 causing nuclear transformation is constituted by providing a nearly plate shape structure 11 made of palladium (Pd) or alloy of Pd, or other metals (Ti and the like for example) occluding hydrogen and a material 14 adhered to one surface 11A of the structure 11 sides which causes nuclear transformation. If one surface 11A side of the structure 11 is made a region 12 with higher deuterium pressure by pressurization or electrolysis and the like and the other surface 11B side is made a region 13 with lower deuterium pressure by vacuum exhaust and the like, a flow 15 of deuterium is produced in the structure 11 and nuclear transformation is caused by the reaction of deuterium and the material 14 causing nuclear transformation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば長寿命の放
射性廃棄物を短寿命核種或いは安定核種に変換する消滅
処理や自然界に豊富な元素から希少な元素を生成する技
術等に係る核種変換装置及び核種変換方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radionuclide conversion apparatus for converting a long-lived radioactive waste into a short-lived nuclide or a stable nuclide, and a technique for generating a rare element from an element abundant in nature. And a nuclide conversion method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば重イオン加速器を用いた核
融合反応による重元素合成等のように、微量の核種を核
種変換する方法に対して、例えば高レベル放射性廃棄物
等に含まれる多量の長寿命放射性核種を短時間のうちに
効率的かつ効果的に核種変換する方法として、いわゆる
消滅処理が知られている。消滅処理は、高レベル放射性
廃棄物に含まれるNP、Am、Cm等のマイナーアクチ
ナイドや、Tc−99及びI−129等の長寿命核分裂
生成物や、発熱性のSr−90、Cs−137やRh、
Pd等の有用な白金族元素を、各元素の特性に応じて分
離(群分離)した後に、半減期の長いマイナーアクチナ
イド及び核分裂生成物に対して中性子等を照射して核反
応を発生させて、短寿命又は非放射性の核種に変換する
核種変換処理であり、高レベル放射性廃棄物中に含まれ
る有用元素や長寿命放射性核種を分離及び回収して有用
元素の有効利用を図ると共に、長寿命放射性核種を短寿
命或いは安定な核種に変換する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of converting a small amount of nuclide into a nuclide, such as a heavy element synthesis by a fusion reaction using a heavy ion accelerator, has been used for a large amount of radioactive waste and the like contained in a high-level radioactive waste. As a method for efficiently and effectively converting long-lived radionuclides in a short time, a so-called annihilation process is known. The annihilation treatment includes minor actinides such as NP, Am, and Cm contained in high-level radioactive waste, long-lived fission products such as Tc-99 and I-129, and exothermic Sr-90 and Cs-. 137 and Rh,
After separating useful platinum group elements such as Pd according to the characteristics of each element (group separation), neutrons etc. are irradiated to minor actinides and fission products with long half-lives to generate nuclear reactions Then, it is a nuclide conversion treatment to convert to short-lived or non-radioactive nuclides, while separating and recovering useful elements and long-lived radionuclides contained in high-level radioactive waste and aiming for effective use of useful elements, Convert long-lived radionuclides into short-lived or stable nuclides.

【0003】消滅処理では、高速増殖炉等の原子炉やア
クチノイド専焼炉での中性子照射によるアクチノイド等
の消滅処理と、加速器での陽子照射によるアクチノイド
等の核破砕処理と、加速器でのガンマ線照射による例え
ばセシウム、ストロンチウム等の消滅処理との3種類の
方法が知られている。原子炉等での中性子照射では、中
性子反応断面積が大きいマイナーアクチナイドを合理的
に処理することができ、特に、高速の中性子を照射する
ことで核分裂が起こりにくい超ウラン元素を直接核分裂
させることができる。ただし、原子炉等の中性子照射で
は消滅しにくい長寿命核分裂生成物、例えば中性子反応
断面積が小さいSr−90、Cs−137等について
は、加速器を利用した消滅処理が適用される。
In the annihilation treatment, the actinoids are annihilated by neutron irradiation in a nuclear reactor such as a fast breeder reactor or an actinoid firing furnace, the actinoids are crushed by proton irradiation in an accelerator, and gamma ray irradiation is performed in an accelerator. For example, three types of methods for eliminating cesium, strontium, and the like are known. Neutron irradiation in a nuclear reactor can rationally process minor actinides with a large neutron reaction cross-section, and in particular, direct fission of transuranium elements, which hardly cause fission by irradiation with high-speed neutrons be able to. However, for long-lived fission products which are hardly annihilated by neutron irradiation such as a nuclear reactor, for example, Sr-90 and Cs-137 having a small neutron reaction cross section, annihilation processing using an accelerator is applied.

【0004】加速器による消滅処理では、原子炉と異な
って未臨界で運転できるため、臨界に関わる安全性に優
れていること、設計上の自由度が大きい等の利点があ
り、陽子加速器と電子線加速器が利用される。陽子加速
器を用いる消滅処理では、例えば500MeV〜2Ge
V程度の高エネルギー陽子を照射して標的核を破砕する
核破砕反応を利用しており、核破砕反応を直接利用して
核種変換を起こすと共に、標的核の破砕に伴って発生す
る多数の中性子を標的核周りの未臨界ブランケットに投
入して核分裂反応を発生させたり、中性子の捕獲反応に
よって核種変換反応を発生させる。これにより、例えば
ネプツニウム、アメリシウム等の超ウラン元素及び長寿
命核分裂生成物を消滅することができ、しかも、未臨界
ブランケットで発生した熱を回収して発電を行い、陽子
加速器の運転に必要な電力を自給することができる。
Unlike the nuclear reactor, the annihilation process using an accelerator can be operated in a subcritical state, and therefore has advantages such as excellent safety related to criticality and a large degree of freedom in design. An accelerator is used. In the annihilation process using the proton accelerator, for example, 500 MeV to 2 Ge
Utilizing a nuclear fragmentation reaction that irradiates high energy protons of about V to crush the target nucleus, the nuclear nucleation reaction is directly used to convert nuclides, and a large number of neutrons generated by the fragmentation of the target nucleus Is injected into a subcritical blanket around the target nucleus to generate a fission reaction, or a neutron capture reaction to generate a nuclide transmutation reaction. Thereby, for example, transuranium elements such as neptunium and americium and long-lived fission products can be extinguished, and the heat generated in the subcritical blanket is recovered to generate electric power, and the electric power required to operate the proton accelerator Can be self-sufficient.

【0005】また、電子線加速器を用いる消滅処理で
は、例えば電子線の制動輻射で発生するガンマ線や、例
えば電子蓄積リングと光キャビティーを組み合わせて逆
コンプトン散乱により発生させたガンマ線等による光核
反応、例えば(γ、N)反応や(γ、核分裂)反応等の
巨大共鳴を利用することによって、例えばストロンチウ
ム、セシウム等の長寿命核分裂生成物や超ウラン元素等
を消滅処理する。
In the annihilation processing using an electron beam accelerator, photonuclear reactions are caused by gamma rays generated by, for example, bremsstrahlung radiation of an electron beam, or gamma rays generated by inverse Compton scattering by combining an electron storage ring and an optical cavity. For example, long-lived fission products such as strontium and cesium and transuranium elements are annihilated by utilizing giant resonance such as (γ, N) reaction and (γ, fission) reaction.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術の一例による消滅処理のように、原子炉や加速器を利
用して核種変換を行う場合、大規模かつ高価な装置を用
いなければならず、核種変換に要する費用が嵩むという
問題がある。しかも、例えば長寿命核分裂生成物である
Cs−137を処理する場合において、100万KW程
度の原子力発電所から放出されるCs−137を加速器
を利用して他の核種に変換する場合に、必要な電力は数
100万KWに達してしまい、高強度かつ大電流の加速
器が必要になって効率が悪いという問題がある。
However, in the case of performing nuclide conversion using a nuclear reactor or an accelerator as in the annihilation processing according to the above-described prior art, a large-scale and expensive apparatus must be used. There is a problem that the cost required for nuclide conversion increases. In addition, for example, when processing Cs-137, which is a long-lived fission product, it is necessary to convert Cs-137 released from a nuclear power plant of about 1 million KW into another nuclide using an accelerator. The required electric power reaches several millions of kilowatts, and there is a problem that an accelerator having a high intensity and a large current is required and the efficiency is low.

【0007】また、例えば軽水炉等の原子炉では熱中性
子束が1×1014/cm2/sec程度であるのに対し
て、中性子反応断面積が小さいCs−137の核種変換
に必要な中性子束は1×1017〜1×1018/cm2
sec程度となり、必要な中性子束を得ることができな
いという問題がある。本発明は上記事情に鑑みてなされ
たもので、例えば加速器や原子炉等の大規模な装置に比
べて、相対的に小規模な装置で核種変換を行うことが可
能な核種変換装置及び核種変換方法を提供することを目
的とする。
In a nuclear reactor such as a light water reactor, for example, the thermal neutron flux is about 1 × 10 14 / cm 2 / sec, whereas the neutron flux required for nuclide conversion of Cs-137 having a small neutron reaction cross section is Is 1 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 2 /
sec, and there is a problem that a necessary neutron flux cannot be obtained. The present invention has been made in view of the above circumstances. For example, compared with a large-scale apparatus such as an accelerator or a nuclear reactor, a nuclide conversion apparatus and a nuclide conversion that can perform a nuclide conversion with a relatively small apparatus are provided. The aim is to provide a method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項1に記載の本発明の核種
変換装置は、パラジウム又はパラジウム合金、或いは、
パラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジウム合金以外
の水素吸蔵合金からなる構造体(実施の形態での構造体
11、多層構造体32、陰極72、多層構造体89、多
層構造体102)と、前記構造体を両側から挟み込むよ
うにして配置され、前記構造体により密封可能な閉空間
をなす吸蔵部(実施の形態での吸蔵室31又は吸蔵容器
103又は電解セル83)及び放出部(実施の形態での
放出室34又は放出容器101又は真空容器85)と、
前記構造体の一方の表面側とされる前記吸蔵部側を、相
対的に重水素の圧力が高い状態とする高圧化手段(実施
の形態での重水素ボンベ35又は重水素ボンベ106又
は電源81)と、前記構造体の他方の表面側とされる前
記放出部側を、相対的に重水素の圧力が低い状態とする
低圧化手段(実施の形態での、ターボ分子ポンプ38,
110及びロータリーポンプ39,111又は真空排気
ポンプ91)と、前記構造体の一方の表面上に核種変換
を施す物質(実施の形態での133Cs、12C、23Na)
を接触させる変換物質接触手段(実施の形態での、ステ
ップS04又はステップS22又はステップS44又は
ステップS04a)とを備えていることを特徴としてい
る。
In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the above object, a nuclide conversion apparatus according to the present invention according to the present invention comprises a palladium or palladium alloy,
Structures (structure 11, multilayer structure 32, cathode 72, multilayer structure 89, multilayer structure 102 in the embodiment) made of a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy; The storage unit (the storage chamber 31 or the storage container 103 or the electrolytic cell 83 in the embodiment) and the discharge unit (the embodiment) which are arranged so as to sandwich the body from both sides and form a closed space that can be sealed by the structure. Discharge chamber 34 or discharge vessel 101 or vacuum vessel 85).
High pressure means (the deuterium cylinder 35 or the deuterium cylinder 106 or the power supply 81 in the embodiment) for setting the storage part side, which is one surface side of the structure, to a state in which the pressure of deuterium is relatively high. ) And means for lowering the pressure of the deuterium on the discharge portion side, which is the other surface side of the structure, (the turbo molecular pump 38,
110 and rotary pumps 39 and 111 or evacuation pump 91) and a substance for performing nuclide conversion on one surface of the structure ( 133 Cs, 12 C, 23 Na in the embodiment).
(In the embodiment, step S04 or step S22 or step S44 or step S04a).

【0009】上記構成の核種変換装置によれば、多層構
造をなす構造体の一方の表面上に核種変換を施す物質が
接触させられた状態で、構造体の一方の表面側と他方の
表面側との間に重水素の圧力差を設けて、構造体の内部
で一方の表面側から他方の表面側へと向かう重水素の流
束を生成することで、重水素と核種変換を施す物質とに
対して、再現性良く核種変換反応を発生させることがで
きる。
According to the nuclide conversion apparatus having the above-described structure, one surface side and the other surface side of the structure are brought into contact with the substance to be subjected to nuclide conversion on one surface of the structure having a multilayer structure. And a substance that undergoes nuclide conversion with deuterium by generating a deuterium pressure difference between one surface side and the other surface side within the structure by providing a deuterium pressure difference between On the other hand, a nuclide conversion reaction can be generated with good reproducibility.

【0010】さらに、請求項2に記載の本発明の核種変
換装置は、前記高圧化手段は前記吸蔵部に重水素ガスを
供給する重水素供給手段(実施の形態での重水素ボンベ
35,106)を備え、前記低圧化手段は前記放出部を
真空状態にする排気手段(実施の形態での、ターボ分子
ポンプ38,110及びロータリーポンプ39,11
1)を備えていることを特徴としている。
Furthermore, in the nuclide conversion apparatus according to the present invention, the high-pressure means is a deuterium supply means for supplying deuterium gas to the storage part (the deuterium cylinders 35 and 106 in the embodiment). ), And the pressure reducing means includes an exhaust means (the turbo molecular pumps 38 and 110 and the rotary pumps 39 and 11 in the embodiment) for evacuating the discharge section.
(1) is provided.

【0011】上記構成の核種変換装置によれば、重水素
供給手段によって吸蔵部を加圧すると共に、排気手段に
よって放出部を真空状態に減圧することによって、構造
体に重水素の圧力差を形成することができる。
According to the nuclide conversion apparatus having the above-described structure, the pressure difference between the deuterium is formed in the structure by pressurizing the occlusion part by the deuterium supply means and depressurizing the discharge part by the exhaust means. be able to.

【0012】さらに、請求項3に記載の本発明の核種変
換装置は、前記高圧化手段は、前記吸蔵部に重水素を含
む電解溶液(実施の形態での電解溶液84)を供給して
前記構造体を陰極として前記電解溶液を電気分解する電
気分解手段(実施の形態での電源81)とを備え、前記
低圧化手段は前記放出部を真空状態にする排気手段(実
施の形態での真空排気ポンプ91)を備えていることを
特徴としている。
Further, in the nuclide conversion apparatus according to the present invention, the high-pressure means supplies the storage section with an electrolytic solution containing deuterium (the electrolytic solution 84 in the embodiment). An electrolyzing means (power supply 81 in the embodiment) for electrolyzing the electrolytic solution using the structure as a cathode, and the pressure reducing means is an exhaust means (vacuum in the embodiment) for bringing the discharge section into a vacuum state. An exhaust pump 91) is provided.

【0013】上記構成の核種変換装置によれば、構造体
を陰極として、構造体の一方の表面側で電解溶液を電気
分解することによって実効的に大きな圧力で構造体に重
水素を吸蔵させることができ、さらに、排気手段によっ
て放出部を真空状態に減圧することによって、構造体に
重水素の圧力差を形成することができる。
[0013] According to the nuclide conversion apparatus having the above structure, the structure is used as a cathode, and the electrolytic solution is electrolyzed on one surface side of the structure so that deuterium can be occluded in the structure with a large effective pressure. Further, a pressure difference of deuterium can be formed in the structure by reducing the pressure of the discharge portion to a vacuum state by the exhaust means.

【0014】さらに、請求項4に記載の本発明の核種変
換装置は、前記変換物質接触手段は、前記構造体の一方
の表面上に前記核種変換を施す物質を積層する変換物質
積層手段(実施の形態でのステップS04又はステップ
S44又はステップS04a)を備えていることを特徴
としている。
Further, in the nuclide conversion apparatus according to the present invention, the conversion substance contacting means may include a conversion substance stacking means for stacking the substance to be subjected to the nuclide conversion on one surface of the structure. Or step S04 or step S44 or step S04a).

【0015】上記構成の核種変換装置によれば、変換物
質積層手段、例えば電着、蒸着、スパッタリング等の成
膜処理によって構造体の一方の表面上に核種変換を施す
物質を積層することができる。
According to the nuclide conversion apparatus having the above structure, a substance to be subjected to nuclide conversion can be stacked on one surface of the structure by a conversion material stacking means, for example, a film forming process such as electrodeposition, vapor deposition, or sputtering. .

【0016】さらに、請求項5に記載の本発明の核種変
換装置は、前記変換物質接触手段は、前記吸蔵部に前記
核種変換を施す物質を供給して前記構造体の一方の表面
を前記核種変換を施す物質を含む気体又は液体に曝す変
換物質供給手段(実施の形態でのステップS22)を備
えていることを特徴としている。
Further, in the nuclide conversion apparatus according to the present invention as set forth in claim 5, the conversion substance contacting means supplies the storage section with the substance to be subjected to the nuclide conversion, so that one surface of the structure is the nuclide. It is characterized in that a conversion substance supply means (step S22 in the embodiment) for exposing to a gas or liquid containing a substance to be converted is provided.

【0017】上記構成の核種変換装置によれば、例えば
重水素を含む気体又は液体に核種変換を施す物質を混入
することで、構造体の一方の表面上に核種変換を施す物
質を接触させることができる。
According to the nuclide conversion apparatus having the above-described structure, for example, the substance to be subjected to nuclide conversion is brought into contact with one surface of the structure by mixing the substance to be subjected to nuclide conversion into a gas or liquid containing deuterium. Can be.

【0018】さらに、請求項6に記載の本発明の核種変
換装置は、前記構造体は、前記他方の表面側から前記一
方の表面側に向かい、順次、パラジウム又はパラジウム
合金或いはパラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジウ
ム合金以外の水素吸蔵合金からなる基材(実施の形態で
のPd基板23)と、前記基材の表面上に形成され、パ
ラジウム又はパラジウム合金或いはパラジウム以外の水
素吸蔵金属又はパラジウム合金以外の水素吸蔵合金と、
仕事関数が低い物質(実施の形態でのCaO)とからな
る混合層(実施の形態での混合層22)と、前記混合層
の表面上に形成され、パラジウム又はパラジウム合金或
いはパラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジウム合金
以外の水素吸蔵合金からなる表面層(実施の形態でのP
d層21)とを備えて構成されていることを特徴として
いる。
Further, in the nuclide conversion apparatus according to the present invention, the structure may be arranged such that the structure is directed from the other surface side to the one surface side, and sequentially stores palladium or a palladium alloy or hydrogen other than palladium. A base material (Pd substrate 23 in the embodiment) made of a metal or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, and palladium or a palladium alloy formed on the surface of the base material, or a hydrogen storage metal other than palladium or a non-palladium alloy A hydrogen storage alloy,
A mixed layer (mixed layer 22 in the embodiment) made of a material having a low work function (CaO in the embodiment); and palladium or a palladium alloy or a hydrogen storage material other than palladium formed on the surface of the mixed layer. Surface layer made of hydrogen storage alloy other than metal or palladium alloy (P in the embodiment)
d layer 21).

【0019】上記構成の核種変換装置によれば、多層構
造をなす構造体に、仕事関数が低い物質を含む混合層を
設けることで、核種変換反応の発生の再現性を向上させ
ることができる。
According to the nuclide conversion apparatus having the above structure, the reproducibility of the generation of the nuclide conversion reaction can be improved by providing a mixed layer containing a substance having a low work function in the structure having a multilayer structure.

【0020】また、請求項7に記載の本発明の核種変換
方法は、パラジウム又はパラジウム合金、或いは、パラ
ジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジウム合金以外の水
素吸蔵合金からなる構造体(実施の形態での構造体1
1、多層構造体32、陰極72、多層構造体89、多層
構造体102)に対して、前記構造体の一方の表面側を
相対的に重水素の圧力が高い状態とする高圧化処理(実
施の形態でのステップS07又はステップS25又はス
テップS46)と、前記構造体の他方の表面側を相対的
に重水素の圧力が低い状態とする低圧化処理(実施の形
態でのステップS05又はステップS23又はステップ
S45)と、前記構造体の一方の表面上に核種変換を施
す物質を接触させる変換物質接触処理(実施の形態で
の、ステップS04又はステップS22又はステップS
44又はステップS04a)とを含むことを特徴として
いる。
Further, the nuclide transmutation method of the present invention according to the present invention provides a structure comprising palladium or a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy (in the embodiment). Structure 1
1, the multilayer structure 32, the cathode 72, the multilayer structure 89, and the multilayer structure 102) are subjected to a high pressure treatment (implementation) in which one surface side of the structure has a relatively high deuterium pressure. Step S07 or step S25 or step S46), and a pressure lowering process (step S05 or step S23 in the embodiment) for setting the other surface side of the structure to a relatively low deuterium pressure state. Or step S45) and a conversion substance contacting process of bringing a substance to be subjected to nuclide conversion into contact with one surface of the structure (step S04 or step S22 or step S22 in the embodiment).
44 or step S04a).

【0021】上記のような核種変換方法によれば、多層
構造をなす構造体の一方の表面上に核種変換を施す物質
が接触させられた状態で、構造体の一方の表面側と他方
の表面側との間に重水素の圧力差を設けて、構造体の内
部で一方の表面側から他方の表面側へと向かう重水素の
流束を生成することで、重水素と核種変換を施す物質と
に対して、再現性良く核種変換反応を発生させることが
できる。
According to the nuclide conversion method as described above, one surface side of the structure and the other surface of the structure are brought into contact with each other on one surface of the structure having a multilayer structure. A substance that undergoes nuclide conversion with deuterium by generating a deuterium flux from one surface side to the other surface side within the structure by providing a deuterium pressure difference between the two sides. In contrast, a nuclide conversion reaction can be generated with good reproducibility.

【0022】さらに、請求項8に記載の本発明の核種変
換方法では、前記変換物質接触処理は、前記構造体の一
方の表面上に前記核種変換を施す物質を積層する変換物
質積層処理(実施の形態でのステップS04又はステッ
プS44又はステップS04a)、又は、前記構造体の
一方の表面上を前記核種変換を施す物質を含む気体又は
液体に曝す変換物質供給処理(実施の形態でのステップ
S22)の何れかの処理を含むことを特徴としている。
Further, in the nuclide conversion method of the present invention as set forth in claim 8, the conversion material contact treatment is performed by stacking a conversion material lamination process (stacking) on one surface of the structure, the material to be subjected to the nuclide conversion. Or step S04 or step S44 or step S04a) in the form of, or a conversion substance supply process in which one surface of the structure is exposed to a gas or liquid containing the substance to be converted into nuclide (step S22 in the embodiment) ).

【0023】上記のような核種変換方法によれば、変換
物質積層処理、例えば電着、蒸着、スパッタリング等の
成膜処理によって構造体の一方の表面上に核種変換を施
す物質を積層する、又は、例えば重水素を含む気体又は
液体に核種変換を施す物質を混入することで、構造体の
一方の表面上に核種変換を施す物質を接触させることが
できる。
According to the above nuclide conversion method, a substance to be subjected to nuclide conversion is stacked on one surface of the structure by a conversion material lamination process, for example, a film formation process such as electrodeposition, vapor deposition, or sputtering. For example, by mixing a substance to be transmuted into a gas or liquid containing deuterium, the substance to be transmuted can be brought into contact with one surface of the structure.

【0024】さらに、請求項9に記載の本発明の核種変
換方法では、前記変換物質接触処理は、前記核種変換を
施す物質を前記構造体の一方の表面上に接触させること
を特徴としている。
Further, in the nuclide conversion method according to the present invention as set forth in claim 9, the conversion substance contact treatment is characterized in that the substance to be converted is brought into contact with one surface of the structure.

【0025】上記のような核種変換方法によれば、核種
変換を施す物質を同位体比構成が類似した核種へと変換
させることで、核種変換反応の発生を促進することがで
きる。
According to the above-described nuclide conversion method, the generation of a nuclide conversion reaction can be promoted by converting a substance to be converted into a nuclide having a similar isotope ratio composition.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施形態に
係る核種変換装置及び核種変換方法ついて添付図面を参
照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施形態に
係る核種変換方法の原理を説明する図であり、図2は、
本発明の第1の実施形態に係る核種変換方法にて使用さ
れる構造体11を示す断面構成図であり、図3は、本発
明の第1の実施形態に係る核種変換装置30の構成図で
あり、図4は、図3に示す核種変換装置30での多層構
造体32を示す断面構成図であり、図5(a)は混合層
22の断面構成図であり、図5(b)は混合層22を含
む構造体11の断面構成図であり、図6は、構造体11
に核種変換を施す物質を添加する装置の構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a nuclide conversion apparatus and a nuclide conversion method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the nuclide conversion method according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a structure 11 used in the nuclide conversion method according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram of a nuclide conversion device 30 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing the multilayer structure 32 in the nuclide conversion apparatus 30 shown in FIG. 3, FIG. 5A is a cross-sectional configuration diagram of the mixed layer 22, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the structure 11 including the mixed layer 22, and FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of an apparatus for adding a substance to be subjected to nuclide conversion to a device.

【0027】本実施の形態による核種変換方法を実現す
る装置10は、例えば図1に示すように、パラジウム
(Pd)またはPdの合金、あるいはその他の水素を吸
蔵する金属(例えば、Ti等)またはこれらの合金等か
らなる、例えば略板状の構造体11と、この構造体11
の両面のうち、一方の表面11A上に付着された核種変
換を施す物質14とを備え、構造体11の一方の表面1
1A側が例えば加圧あるいは電気分解等により重水素の
圧力が高い領域12とされ、他方の表面11B側が例え
ば真空排気等により重水素の圧力が低い領域13とされ
ることで構造体11内に重水素の流れ15が生成され、
重水素と核種変換を施す物質14とが反応することによ
って核種変換が行われる装置である。ここで、構造体1
1は、例えば図2に示すように、好ましくはPd基板2
3の表面上に、相対的に仕事関数が低い物質つまり電子
を放出し易い物質(例えば、仕事関数が3eV未満の物
質)とPdとの混合層22が形成され、この混合層22
の表面上にPd層21が積層されて形成されている。
An apparatus 10 for realizing the nuclide conversion method according to the present embodiment includes, for example, as shown in FIG. 1, palladium (Pd) or an alloy of Pd, or another metal that absorbs hydrogen (for example, Ti) or For example, a substantially plate-shaped structure 11 made of these alloys and the like, and this structure 11
And a substance 14 for radionuclide conversion attached to one surface 11A of the two surfaces of the structure 11,
The 1A side is a region 12 where the pressure of deuterium is high due to, for example, pressurization or electrolysis, and the other surface 11B side is a region 13 where the pressure of deuterium is low due to evacuation or the like. A stream 15 of hydrogen is produced,
This is a device in which nuclide conversion is performed by reacting deuterium with a substance 14 to be nuclide-converted. Here, the structure 1
1, preferably a Pd substrate 2 as shown in FIG.
3, a mixed layer 22 of Pd and a substance having a relatively low work function, that is, a substance that easily emits electrons (for example, a substance having a work function of less than 3 eV) is formed.
Is formed by laminating a Pd layer 21 on the surface of.

【0028】図3に示すように、本実施の形態による核
種変換装置30は、内部が気密保持可能とされた吸蔵室
31と、この吸蔵室31の内部にて多層構造体32を介
して気密保持可能に設けられた放出室34と、バリアブ
ルリークバルブ33を介して吸蔵室31内に重水素を供
給する重水素ボンベ35と、放出室34内の真空度を検
出する放出室真空計36と、例えば多層構造体32から
生成されるガス状の反応生成物を検出すると共に放出室
34内の重水素量を計測することにより多層構造体32
を透過する重水素の透過量を評価する質量分析器37
と、放出室34内を常に真空状態に保つターボ分子ポン
プ38と、放出室34及びターボ分子ポンプ38内を荒
引きするためのロータリーポンプ39とを備えて構成さ
れている。
As shown in FIG. 3, the nuclide conversion apparatus 30 according to the present embodiment is hermetically sealed through an occlusion chamber 31 whose interior can be kept airtight and a multilayer structure 32 inside the occlusion chamber 31. A discharge chamber 34 provided so as to be able to be held, a deuterium cylinder 35 for supplying deuterium into the storage chamber 31 via a variable leak valve 33, and a discharge chamber vacuum gauge 36 for detecting the degree of vacuum in the discharge chamber 34. For example, by detecting a gaseous reaction product generated from the multilayer structure 32 and measuring the amount of deuterium in the discharge chamber 34, the multilayer structure 32
Analyzer 37 for evaluating the amount of permeation of deuterium permeating through
And a turbo-molecular pump 38 for always keeping the inside of the discharge chamber 34 in a vacuum state, and a rotary pump 39 for roughing the inside of the discharge chamber 34 and the turbo-molecular pump 38.

【0029】さらに、核種変換装置30は、例えばX線
や電子線、粒子線等の照射により励起された多層構造体
32の表面上の原子から放出される光電子やイオン等を
検出する静電アナライザー40と、多層構造体32の両
面のうち吸蔵室31内の重水素に曝される表面上にX線
を照射するXPS(X-ray Photo-electron Spectrometr
y:X線照射光電子スペクトル分析)用のX線銃41
と、内部に重水素が導入された吸蔵室31内の圧力を検
出する圧力計42と、例えばベリリウム窓43を有する
高純度ゲルマニウム検出器44からなるX線検出器と、
吸蔵室31内の真空度を検出する吸蔵室真空計45と、
例えば重水素の導入以前等に吸蔵室31内を真空状態に
保持する真空バルブ46と、吸蔵室31を真空状態にす
るターボ分子ポンプ47と、吸蔵室31及びターボ分子
ポンプ47内を荒引きするためのロータリーポンプ48
とを備えて構成されている。
Further, the nuclide conversion device 30 includes an electrostatic analyzer for detecting photoelectrons, ions, and the like emitted from atoms on the surface of the multilayer structure 32 excited by irradiation with, for example, X-rays, electron beams, or particle beams. 40, and an X-ray (X-ray Photo-electron Spectrometr) that irradiates X-rays on the surfaces of both surfaces of the multilayer structure 32 that are exposed to deuterium in the storage chamber 31.
y: X-ray gun 41 for X-ray irradiation photoelectron spectrum analysis)
A pressure gauge 42 for detecting the pressure in the storage chamber 31 into which deuterium has been introduced, and an X-ray detector including, for example, a high-purity germanium detector 44 having a beryllium window 43,
A storage chamber vacuum gauge 45 for detecting the degree of vacuum in the storage chamber 31;
For example, a vacuum valve 46 for keeping the inside of the storage chamber 31 in a vacuum state before the introduction of deuterium or the like, a turbo molecular pump 47 for making the storage chamber 31 a vacuum state, and roughing the inside of the storage chamber 31 and the turbo molecular pump 47. Rotary pump 48 for
It is comprised including.

【0030】そして、多層構造体32の吸蔵室31側を
相対的に重水素の圧力が高い状態とし、多層構造体32
の放出室34側を相対的に重水素の圧力が低い状態とし
て、多層構造体32の両面において重水素の圧力差を形
成することで、吸蔵室31側から放出室34側へ重水素
の流れを作り出す。ここで、例えば図4に示すように、
多層構造体32は、Pd基板23の表面上に相対的に仕
事関数が低い物質(例えば、仕事関数が3eV未満の物
質)とPdとの混合層22が形成され、この混合層22
の表面上にPd層21が積層され、さらに、Pd層21
の表面上に核種変換を施す物質としてセシウム(Cs)
層52が添加されて構成されている。
Then, the pressure of the deuterium is relatively high in the storage chamber 31 side of the multilayer structure 32, and the multilayer structure 32
The pressure of deuterium is relatively low on the side of the discharge chamber 34 of the multi-layer structure 32, and a pressure difference of deuterium is formed on both surfaces of the multilayer structure 32, so that the flow of deuterium from the storage chamber 31 to the release chamber 34 is changed. To produce Here, for example, as shown in FIG.
In the multilayer structure 32, a mixed layer 22 of a substance having a relatively low work function (for example, a substance having a work function of less than 3 eV) and Pd is formed on the surface of the Pd substrate 23.
A Pd layer 21 is laminated on the surface of
Cesium (Cs) as a substance that performs nuclide conversion on the surface of
A layer 52 is added.

【0031】本実施の形態による核種変換装置30は上
記構成を備えており、次に、この核種変換装置30を用
いて核種変換を行う方法について添付図面を参照しなが
ら説明する。
The nuclide conversion device 30 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, a method of performing nuclide conversion using the nuclide conversion device 30 will be described with reference to the accompanying drawings.

【0032】先ず、例えば図2に示すPd基板23(例
えば、縦25mm×横25mm×厚さ0.1mm、純度
99.5%以上)をアセトン中で所定時間に亘って超音
波洗浄することにより脱脂する。そして、真空中(例え
ば、1.33×10-5Pa以下)において、例えば90
0℃の温度で所定時間(例えば、10時間)に亘ってア
ニールつまり加熱処理を行う(ステップS01)。次
に、例えば室温でアニール後のPd基板23を重王水に
より所定時間(例えば、100秒間)に亘ってエッチン
グ処理を施して表面の不純物を除去する(ステップS0
2)。
First, for example, a Pd substrate 23 (for example, 25 mm long × 25 mm wide × 0.1 mm thick, purity of 99.5% or more) shown in FIG. 2 is ultrasonically cleaned in acetone for a predetermined time. Degreasing. Then, in a vacuum (for example, 1.33 × 10 −5 Pa or less), for example, 90
Annealing, that is, heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. for a predetermined time (for example, 10 hours) (Step S01). Next, for example, the Pd substrate 23 annealed at room temperature is subjected to etching treatment with heavy aqua regia for a predetermined time (for example, 100 seconds) to remove impurities on the surface (step S0).
2).

【0033】次に、アルゴンイオンビームによるスパッ
ター法を用いて、エッチング処理後のPd基板23上に
成膜処理を施して構造体11を作成する。ここで、例え
ば図2に示すPd層21の厚さは400・10-10mと
し、仕事関数の低い物質とPdとの混合層22は、例え
ば図5(a)に示すように、例えば厚さ100・10
-10mのCaO層57と、例えば厚さ100・10-10
のPd層56とを交互に積層して形成し、この混合層2
2の厚さを1000・10-10mとした。そして、混合
層22の表面上にPd層21を400・10-10mで成
膜することにより、構造体11を形成した(ステップS
03)。
Next, sputtering using an argon ion beam is performed.
On the Pd substrate 23 after the etching process by using the
The structure 11 is formed by performing a film forming process. Here, for example
For example, the thickness of the Pd layer 21 shown in FIG.-Tenm and
However, the mixed layer 22 of a material having a low work function and Pd is, for example,
For example, as shown in FIG.
-Tenm CaO layer 57 and, for example, 100.10-Tenm
And the Pd layers 56 are alternately laminated.
The thickness of 2 is 1000.10-Tenm. And mixing
On the surface of the layer 22, a Pd layer 21-Tenm
By forming a film, the structure 11 was formed (step S
03).

【0034】次に、CsNO3のD2O希薄溶液(CsN
3/D2O溶液)の電気分解により、核種変換を施す物
質として、例えばCsを構造体11の成膜処理表面に添
加する。例えば、図6に示す電着装置60のように、1
mMのCsNO3/D2O溶液を電解液62として、電源
61の陽極に白金陽極63を接続し、陰極に構造体11
を接続して、例えば1Vの電圧で10秒間に亘って電気
分解を行い、構造体11の表面上で下記化学式(1)に
示す反応を発生させてCs層52を添加して、多層構造
体32を形成する(ステップS04)。
Next, a D 2 O dilute solution of CsNO 3 (CsN
As a substance to be subjected to nuclide conversion by electrolysis of an O 3 / D 2 O solution, for example, Cs is added to the surface of the structure 11 on which the film is formed. For example, as shown in FIG.
Using a mM CsNO 3 / D 2 O solution as an electrolyte 62, a platinum anode 63 was connected to the anode of a power supply 61, and the structure 11 was used as a cathode.
Is connected, and electrolysis is performed at a voltage of, for example, 1 V for 10 seconds to cause a reaction represented by the following chemical formula (1) on the surface of the structure 11 to add the Cs layer 52 to the multilayer structure. 32 are formed (step S04).

【0035】[0035]

【化1】 Embedded image

【0036】そして、多層構造体32のCs層52を吸
蔵室31側に向けて、多層構造体32を介在させて吸蔵
室31と放出室34とをそれぞれ気密状態に閉塞して、
先ず、放出室34をロータリーポンプ39およびターボ
分子ポンプ38により真空排気する。そして、バリアブ
ルリークバルブ33を閉じ、真空バルブ46を開いて吸
蔵室31をロータリーポンプ48およびターボ分子ポン
プ47により真空排気する(ステップS05)。次に、
吸蔵室31の真空度が充分安定した後(例えば、1×1
-5Pa以下の状態)に、XPSにより吸蔵室31側の
多層構造体32の表面上に存在する元素を分析する(ス
テップS06)。すなわち、X線銃41からのX線を多
層構造体32の表面に照射して、このX線の照射により
励起された多層構造体32の表面上の原子から放出され
る光電子のエネルギーを静電アナライザー40により検
出する。これにより、多層構造体32の吸蔵室31側の
表面上に存在する元素を同定する。
Then, with the Cs layer 52 of the multilayer structure 32 facing the storage chamber 31 side, the storage chamber 31 and the release chamber 34 are closed in an airtight state with the multilayer structure 32 interposed therebetween.
First, the discharge chamber 34 is evacuated by the rotary pump 39 and the turbo molecular pump 38. Then, the variable leak valve 33 is closed, the vacuum valve 46 is opened, and the storage chamber 31 is evacuated by the rotary pump 48 and the turbo molecular pump 47 (step S05). next,
After the degree of vacuum in the storage chamber 31 is sufficiently stabilized (for example, 1 × 1
To 0 -5 Pa or less states), to analyze the elements present on the surface of the storage chamber 31 side of the multilayer structure 32 by XPS (step S06). That is, the surface of the multilayer structure 32 is irradiated with X-rays from the X-ray gun 41, and the energy of photoelectrons emitted from the atoms on the surface of the multilayer structure 32 excited by the X-ray irradiation is electrostatically reduced. It is detected by the analyzer 40. Thereby, the element existing on the surface of the multilayer structure 32 on the storage chamber 31 side is identified.

【0037】次に、多層構造体32を、加熱装置(図示
略)により例えば70℃の温度で加熱した後、真空バル
ブ46を閉じて吸蔵室31の真空排気を停止して、バリ
アブルリークバルブ33を開いて吸蔵室31内に所定の
ガス圧力で重水素ガスを導入して、核種変換の実験を開
始する。ここで、重水素ガスを導入する際の所定のガス
圧力は例えば1.01325×105Pa(いわゆる1
気圧)とした。そして、放出室34の質量分析器37で
ガス状の反応生成物(例えば、質量数A=1〜140)
の測定を行い、多層構造体32を透過して放出室34内
に放出された重水素の拡散挙動の評価を行う。また、多
層構造体32の吸蔵室31側の高純度ゲルマニウム検出
器44によりX線の測定を行う(ステップS07)。な
お、多層構造体32を透過して放出室34内に放出され
た重水素量は、例えば放出室真空計36により検出され
る放出室34内の真空度と、ターボ分子ポンプ38の排
気速度とに基づいて算出する。
Next, after heating the multilayer structure 32 at a temperature of, for example, 70 ° C. by a heating device (not shown), the vacuum valve 46 is closed to stop the evacuation of the storage chamber 31, and the variable leak valve 33 is opened. Is opened and deuterium gas is introduced into the storage chamber 31 at a predetermined gas pressure to start a nuclide conversion experiment. Here, the predetermined gas pressure when introducing the deuterium gas is, for example, 1.01325 × 10 5 Pa (so-called 1
Atm). Then, a gaseous reaction product (for example, mass number A = 1 to 140) is obtained by the mass analyzer 37 in the discharge chamber 34.
Is measured, and the diffusion behavior of deuterium that has been transmitted through the multilayer structure 32 and released into the release chamber 34 is evaluated. Further, X-rays are measured by the high-purity germanium detector 44 on the storage chamber 31 side of the multilayer structure 32 (step S07). The amount of deuterium released through the multilayer structure 32 into the discharge chamber 34 is, for example, the degree of vacuum in the discharge chamber 34 detected by the discharge chamber vacuum gauge 36 and the exhaust speed of the turbo molecular pump 38. Calculated based on

【0038】吸蔵室31内に重水素ガスの導入を開始し
てから所定時間、例えば数十時間後に、多層構造体32
の温度を常温に戻す。そして、バリアブルリークバルブ
33を閉じて吸蔵室31内への重水素ガスの導入を停止
して、さらに、真空バルブ46を開いて吸蔵室31を真
空排気して核種変換の実験を終了する。そして、吸蔵室
31内の真空度が充分安定した後(例えば、1×10-5
Pa以下の状態)に、XPSにより吸蔵室31側の多層
構造体32の表面上に存在する元素を分析して生成物の
測定を行う(ステップS08)。
A predetermined time, for example, several tens of hours after the introduction of the deuterium gas into the storage chamber 31 is started, the multilayer structure 32
To room temperature. Then, the variable leak valve 33 is closed to stop the introduction of deuterium gas into the storage chamber 31, and the vacuum valve 46 is further opened to evacuate the storage chamber 31 to end the nuclide conversion experiment. After the degree of vacuum in the storage chamber 31 is sufficiently stabilized (for example, 1 × 10 −5).
In a state (Pa or less), elements existing on the surface of the multilayer structure 32 on the storage chamber 31 side are analyzed by XPS to measure products (Step S08).

【0039】そして、上述したステップS06〜ステッ
プS07の処理を繰り返して、核種変換反応の時間変化
を測定する(ステップS09)。そして、多層構造体3
2を核種変換装置30から取り出して、核種変換の実験
を終了する(ステップS10)。
Then, the processing of the above-described steps S06 to S07 is repeated to measure a time change of the nuclide conversion reaction (step S09). And the multilayer structure 3
2 is taken out from the nuclide conversion device 30, and the nuclide conversion experiment is terminated (step S10).

【0040】以下に、上述した本実施形態による核種変
換方法により行った核種変換実験での2つの実験結果、
すなわち同一の実験を2回実施した際の実施例1及び実
施例2について図7及び図8を参照しながら説明する。
図7は、図4に示す多層構造体32の表面上におけるX
PSによるPrのスペクトルを示すグラフ図であり、図
8は図4に示す多層構造体32の表面上におけるCs及
びPrの原子数の時間変化を表すグラフ図である。実施
例1及び実施例2でのXPSの分析結果により、実施例
1及び実施例2にて、多層構造体32のCs(原子番号
Z=55)は時間が経過するにつれて減少して、例えば
図7に示すXPSによるPrのスペクトルのように、P
r(プラセオジウム、原子番号Z=59)が増加した。
以下に、XPSによるCs及びPrに対するスペクトル
から、各元素の原子数を算出する方法について説明す
る。
The following are two experimental results of the nuclide conversion experiment performed by the above-described nuclide conversion method according to the present embodiment,
That is, Examples 1 and 2 when the same experiment is performed twice will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between X and X on the surface of the multilayer structure 32 shown in FIG.
FIG. 8 is a graph showing the spectrum of Pr by PS, and FIG. 8 is a graph showing the time change of the number of atoms of Cs and Pr on the surface of the multilayer structure 32 shown in FIG. According to the results of XPS analysis in Example 1 and Example 2, in Examples 1 and 2, Cs (atomic number Z = 55) of the multilayer structure 32 decreases as time passes. As shown in the Pr spectrum by XPS shown in FIG.
r (praseodymium, atomic number Z = 59) increased.
Hereinafter, a method for calculating the number of atoms of each element from the spectra for Cs and Pr by XPS will be described.

【0041】なお、XPSでの測定時にX線銃41から
多層構造体32に対して照射されるX線の強度は常に一
定とし、これらのX線が照射されている領域は実施例1
及び実施例2の各測定において同一であると仮定した。
さらに、多層構造体32の表面上でX線が照射されてい
る領域は、例えば直径5mmの円形領域とし、放出され
る光電子の脱出深さの見積もりから、XPSにて分析可
能な深さは例えば20・10-10mとした。また、Pd
基板23を構成するPdはfcc(面心立方格子)結晶
なので、XPSにより得られたPdのスペクトルのピー
ク強度から、Pdの原子数は3.0×1015個と算出し
た。
The intensity of the X-rays emitted from the X-ray gun 41 to the multilayer structure 32 during the XPS measurement is always constant, and the region irradiated with these X-rays is the same as in the first embodiment.
And the same in each measurement of Example 2.
Further, the region irradiated with X-rays on the surface of the multilayer structure 32 is, for example, a circular region having a diameter of 5 mm. From the estimation of the escape depth of emitted photoelectrons, the depth that can be analyzed by XPS is, for example, It was 20 · 10 −10 m. Also, Pd
Since Pd constituting the substrate 23 is an fcc (face-centered cubic lattice) crystal, the number of Pd atoms was calculated to be 3.0 × 10 15 from the peak intensity of the Pd spectrum obtained by XPS.

【0042】そして、各元素のイオン化断面積、すなわ
ち元素の内殻電子が例えばX線等を吸収して励起する割
合を参照して、XPSにより得られる各元素のスペクト
ルのピーク強度とPdのスペクトルのピーク強度とを比
較することによって、各元素の原子数を算出する。な
お、表1には、各元素のイオン化断面積の計算値を、C
の1s軌道に対する値(2.22×10-242)を
「1」とした場合の相対値として示した。なお、下記表
1において、Siの2p及びSの2p及びClの2pに
ついては、2p3/2と2p1/2の和として算出した。
The peak intensity of the spectrum of each element obtained by XPS and the spectrum of Pd are obtained by referring to the ionization cross-sectional area of each element, that is, the ratio of the core electrons of the element absorbing and exciting, for example, X-rays. The number of atoms of each element is calculated by comparing the peak intensity with the peak intensity of each element. Table 1 shows calculated values of the ionization cross section of each element.
Is shown as a relative value when the value (2.22 × 10 −24 m 2 ) for the 1s orbit is “1”. In Table 1 below, 2p of Si, 2p of S, and 2p of Cl were calculated as the sum of 2p3 / 2 and 2p1 / 2 .

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】図8に示すように、実施例1では、初期状
態で1.3×1014個存在していたCsが、48時間後
には8×1013個に減少し、120時間後には5×10
13個に減少している。一方、実験開始以前には存在しな
かったPrが48時間後には3×1013個検出され、1
20時間後には7×1013個に増加しているのが観測さ
れた。同様にして、実施例2においても実験開始からの
時間経過に伴って、Csの原子数の減少と、Prの生成
及びPrの原子数の増加が観測され、実施例1とほぼ同
様の傾向を示している。これにより、CsからPrへの
核種変換が起きていると解釈できる。
As shown in FIG. 8, in Example 1, 1.3 × 10 14 Cs in the initial state were reduced to 8 × 10 13 after 48 hours, and 5 × after 120 hours. × 10
It has been reduced to 13 . On the other hand, 3 × 10 13 Pr that did not exist before the start of the experiment was detected 48 hours later, and 1
After 20 hours, the number increased to 7 × 10 13 . Similarly, in Example 2, a decrease in the number of Cs atoms, generation of Pr, and an increase in the number of Pr atoms were observed over time from the start of the experiment. Is shown. Thus, it can be interpreted that nuclide conversion from Cs to Pr has occurred.

【0045】なお、以下において、検出されたPrが不
純物に由来するものであるか否かについて考察する。上
述した本実施形態に係る実施例1及び実施例2では、多
層構造体32を吸蔵室31及び放出室34からなる真空
容器から取り出すことなく元素分析を行っているので、
不純物が混入する原因として考えられるのは重水素ガス
(D2ガス)に含まれる不純物と多層構造体32内部の
不純物である。D2ガスは例えば純度99.6%であ
り、不純物としては、N2及びD20が10ppm以下
で、O2及びCO2及びCOが5ppm以下とされてお
り、核種変換装置30内でD2ガスを分析した場合に
も、これらの不純物及び炭化水素以外のガスは検出され
なかった。
In the following, it will be considered whether or not the detected Pr is derived from impurities. In Example 1 and Example 2 according to the above-described embodiment, the elemental analysis is performed without taking out the multilayer structure 32 from the vacuum container including the occlusion chamber 31 and the release chamber 34.
It is considered that the impurities are mixed due to impurities contained in the deuterium gas (D 2 gas) and impurities inside the multilayer structure 32. The D 2 gas has, for example, a purity of 99.6%. As impurities, N 2 and D 20 are 10 ppm or less, and O 2, CO 2 and CO are 5 ppm or less. When the two gases were analyzed, no gas other than these impurities and hydrocarbons was detected.

【0046】一方、多層構造体32においては、Pdの
純度は99.5%、CaO及びCsNO3の純度は9
9.9%である。また、グロー放電質量分析法(GD−
MS)によって実験開始以前の多層構造体32に対して
ランタノイド(57La〜71Lu)の定量分析を行った結
果、Ndが0.02ppm検出され、Nd以外の他のラ
ンタノイドは検出限界以下、つまり0.01ppm以下
であった。ここで、実施例1及び実施例2で使用した多
層構造体32(例えば、0.7g≒7×10-3mol)
内に、検出限界である0.01ppmのPrが存在して
いると仮定すると、多層構造体32中にPrの原子が
4.2×1013個存在することになる。
On the other hand, in the multilayer structure 32, the purity of Pd is 99.5%, and the purity of CaO and CsNO 3 is 9%.
9.9%. Glow discharge mass spectrometry (GD-
As a result of performing quantitative analysis of lanthanoids ( 57 La to 71 Lu) on the multilayer structure 32 before the start of the experiment by MS), 0.02 ppm of Nd was detected, and other lanthanoids other than Nd were below the detection limit, that is, It was 0.01 ppm or less. Here, the multilayer structure 32 used in Example 1 and Example 2 (for example, 0.7 g ≒ 7 × 10 −3 mol)
Assuming that 0.01 ppm of Pr, which is the detection limit, is present in the multilayer structure, there will be 4.2 × 10 13 Pr atoms in the multilayer structure 32.

【0047】この場合、実施例1及び実施例2にて検出
されたPr原子は、上記仮定に基づく検出限界以下のP
r原子に起因すると仮定すると、これらの検出限界以下
の全てのPr原子が多層構造体32の表面上から数10
・10-10mの深さの領域に濃縮するようにして配置さ
れていると仮定する必要があり、多層構造体32中に不
純物として分散配置されているPr原子が、多層構造体
32の表面近傍にのみ集中するような物理現象は熱力学
的に不可能であり、実施例1及び実施例2にて検出され
たPr原子が、予め多層構造体32中に含まれていた不
純物であると結論することはできない。しかも、予め多
層構造体32中に含まれていた不純物であれば、原子数
の時間変化は観測されずに一定値を保持すると判断でき
る。以上より、実施例1及び実施例2にて検出されたP
rは、核種変換反応の結果として生成されたと結論でき
る。
In this case, the Pr atoms detected in Examples 1 and 2 are less than the detection limit based on the above assumption.
Assuming that it is due to r atoms, all Pr atoms below these detection limits are several tens of
It is necessary to assume that the atoms are arranged so as to be concentrated in a region having a depth of 10 −10 m, and Pr atoms dispersed and arranged as impurities in the multilayer structure 32 are formed on the surface of the multilayer structure 32. Physical phenomena that are concentrated only in the vicinity are not thermodynamically possible, and Pr atoms detected in the first and second embodiments are considered to be impurities contained in the multilayer structure 32 in advance. I cannot conclude. In addition, it can be determined that if the impurity is contained in the multilayer structure 32 in advance, a change in the number of atoms with time is not observed and a constant value is maintained. From the above, the P detected in Example 1 and Example 2
It can be concluded that r was produced as a result of the transmutation reaction.

【0048】なお、上述した実施例1及び実施例2での
実験結果は、例えば、米国原子力学会が発行しているFu
sion Technology誌(Y. Iwamura, T. Itoh, N. Gotoh
andI. Toyoda, "Detection of Anomalous Elements, X-
ray and Excess Heat in aD2-Pd System and its Inter
pretation by the Electron-Induced Nuclear Reaction
Model", Fusion Technology, vol.33, No.4,P.476,19
98)に掲載されたEINRモデルによって非常に良く説
明できる。このEINRモデルによれば、PrはCsか
ら下記数式(1)及び(2)によって生成されると考え
られる。なお、下記化学式(2)及び(3)において、
dは重水素、eは電子、2nはダイニュートロン、νは
ニュートリノをそれぞれ示している。
The experimental results in the above-described Examples 1 and 2 are, for example, Fu values published by the Atomic Energy Society of America.
sion Technology (Y. Iwamura, T. Itoh, N. Gotoh
andI. Toyoda, "Detection of Anomalous Elements, X-
ray and Excess Heat in aD2-Pd System and its Inter
pretation by the Electron-Induced Nuclear Reaction
Model ", Fusion Technology, vol.33, No.4, P.476,19
This can be explained very well by the EINR model published in 98). According to the EINR model, Pr is considered to be generated from Cs by the following equations (1) and (2). In the following chemical formulas (2) and (3),
d is deuterium, e is an electron, 2 n is a dineutron, and ν is a neutrino.

【0049】[0049]

【化2】 Embedded image

【0050】[0050]

【化3】 Embedded image

【0051】化学式(2)に示すように、EINRモデ
ルでは重水素が電子を捕獲してダイニュートロンが生成
し、同時にCs等の物質と反応して核種変換が起きると
考えている。なお、化学式(3)でβ崩壊、すなわち
141Cs(=133Cs+42n)から141Prへ向かうβ-
崩壊の記号は省略した。
As shown in the chemical formula (2), the EINR model considers that deuterium captures an electron to generate a dineutron, and at the same time reacts with a substance such as Cs to cause nuclide conversion. Note that β decay in chemical formula (3), that is,
Β from 141 Cs (= 133 Cs + 4 2 n) to 141 Pr
The collapse symbol is omitted.

【0052】上述したように、本実施の形態による核種
変換装置10によれば、例えば原子炉や加速器等の相対
的に大規模な装置を必要とせずに、相対的に小規模な構
成で核種変換の処理を施すことができる。また、本実施
の形態による核種変換方法によれば、実験開始以前には
検出されず核種変換の実験開始後に増加傾向に検出され
たPrの原子数が、供給されたD 2ガスや多層構造体3
2中に予め含まれていた不純物に起因して検出された可
能性を廃して、CsからPrへの核種変換反応が生じて
いることを再現性良く確実に示すことができる。
As described above, the nuclide according to the present embodiment
According to the conversion device 10, for example, relative to a nuclear reactor, an accelerator, etc.
A relatively small configuration without the need for large equipment
The process of nuclide conversion can be performed in the process. In addition, this implementation
According to the nuclide conversion method in the form of
Not detected, but increased after the start of the nuclide conversion experiment
The number of atoms of Pr TwoGas and multilayer structure 3
2 may have been detected due to impurities previously contained in
And the nuclide conversion reaction from Cs to Pr occurs
Can be shown with good reproducibility.

【0053】なお、上述した本実施の形態においては、
Pd層21の表面上に核種変換を施す物質としてセシウ
ム(Cs)層52を添加して多層構造体32を構成した
が、これに限定されず、核種変換を施す物質としてCs
の代わりに、例えば炭素(C)等のその他の物質を添加
しても良い。以下に、本実施形態の第1変形例として、
Pd層21の表面上に核種変換を施す物質として例えば
炭素(C)を添加した場合について図9及び図10を参
照しながら説明する。図9は実施例3にて、多層構造体
32の表面上におけるC及びMg及びSi及びSの各原
子数の時間変化を表すグラフ図であり、図10は実施例
4にて、多層構造体32の表面上におけるC及びMg及
びSi及びSの各原子数の時間変化を表すグラフ図であ
る。
In the above-described embodiment,
The cesium (Cs) layer 52 is added to the surface of the Pd layer 21 as a substance to be subjected to nuclide conversion to form the multilayer structure 32. However, the present invention is not limited to this.
Alternatively, other substances such as carbon (C) may be added. Hereinafter, as a first modified example of the present embodiment,
The case where, for example, carbon (C) is added as a substance for performing nuclide conversion on the surface of the Pd layer 21 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a graph showing the time change of the number of atoms of C, Mg, Si and S on the surface of the multilayer structure 32 in Example 3, and FIG. It is a graph showing the time change of each number of atoms of C and Mg and Si and S on the surface of No. 32.

【0054】この第1変形例において、上述した第1の
実施形態と大きく異なる点は多層構造体32を形成する
方法、特に、上述したステップS04での処理である。
すなわち、上述したステップS03の後に、Pd基板2
3及び混合層22及びPd層21からなる構造体11を
大気中に曝すことで、Pd層21の表面上に大気中の炭
素(C)を付着させて多層構造体32を形成する(ステ
ップS14)。そして、Cが付着したPd層21を吸蔵
室31側に向けて、多層構造体32を介在させて吸蔵室
31と放出室34とを閉塞して、吸蔵室31及び放出室
34の双方をそれぞれ真空排気する(ステップS1
5)。そして、上述したステップS06以下の処理を行
う。
In the first modified example, a point that is significantly different from the above-described first embodiment is a method of forming the multilayer structure 32, particularly, the processing in the above-described step S04.
That is, after the above-described step S03, the Pd substrate 2
By exposing the structure 11 composed of the Pd layer 3 and the mixed layer 22 and the Pd layer 21 to the atmosphere, carbon (C) in the atmosphere is attached to the surface of the Pd layer 21 to form the multilayer structure 32 (step S14). ). Then, the Pd layer 21 to which C is attached faces the storage chamber 31 side, the storage chamber 31 and the release chamber 34 are closed with the multilayer structure 32 interposed, and both the storage chamber 31 and the release chamber 34 are respectively closed. Evacuate (Step S1)
5). Then, the processing from step S06 is performed.

【0055】以下に、この本実施形態の第1変形例によ
る核種変換方法により行った核種変換実験での2つの実
験結果、すなわち同一の実験を2回実施した際の実施例
3及び実施例4について添付図面を参照しながら説明す
る。この場合、実施例3及び実施例4でのXPSの分析
結果により、実施例3及び実施例4にて、多層構造体3
2のCは時間が経過するにつれて減少して、反応生成物
であるSi及びSと、中間生成物であるMgとが検出さ
れた。そして、上述した本実施の形態と同様にして、X
PSによるC及びMg及びSi及びSに対するスペクト
ルから、各元素の原子数を算出した。
Hereinafter, two experimental results of the nuclide conversion experiments performed by the nuclide conversion method according to the first modification of this embodiment, that is, Examples 3 and 4 when the same experiment is performed twice. Will be described with reference to the accompanying drawings. In this case, according to the results of the XPS analysis in Examples 3 and 4, the multilayer structure 3 was used in Examples 3 and 4.
The C of No. 2 decreased with time, and Si and S as reaction products and Mg as an intermediate product were detected. Then, similarly to the above-described embodiment, X
From the spectra of C and Mg and Si and S by PS, the number of atoms of each element was calculated.

【0056】図9に示すように、実施例3では、炭化水
素に由来するCの原子数は、実験開始後の44時間後に
減少しているのに対し、実験開始以前には存在しなかっ
たMgが44時間後には検出され、しかも、116時間
後にはやや減少している。さらに、実験開始以前には存
在しなかったSi及びSは、44時間後、116時間後
において単調増加している。
As shown in FIG. 9, in Example 3, the number of C atoms derived from hydrocarbons decreased 44 hours after the start of the experiment, but did not exist before the start of the experiment. Mg was detected after 44 hours, and slightly decreased after 116 hours. Furthermore, Si and S, which did not exist before the start of the experiment, increased monotonically after 44 hours and 116 hours.

【0057】図10に示すように、実施例4では、炭化
水素に由来するCの原子数は、実験開始後の24時間
後、76時間後、116時間後において単調減少してい
るのに対し、実験開始以前には存在しなかったMgが2
4時間後には生成して、しかも、76時間後、116時
間後において単調減少している。さらに、実験開始以前
には存在しなかったSi及びSは、24時間後、76時
間後、116時間後において単調増加している。
As shown in FIG. 10, in Example 4, the number of C atoms derived from hydrocarbons decreased monotonically at 24 hours, 76 hours, and 116 hours after the start of the experiment. 2 Mg that did not exist before the start of the experiment
It forms after 4 hours and monotonically decreases after 76 hours and 116 hours. Furthermore, Si and S, which did not exist before the start of the experiment, increased monotonically after 24 hours, 76 hours, and 116 hours.

【0058】以上の結果より、本実施形態の第1変形例
に係る核種変換方法によって、Cが核種変換して、Mg
及びSi及びSが生成されたと結果できる。この場合、
上述したEINRモデルによると、Cの核種変換は上記
化学式(2)及び下記化学式(4)にて表される。な
お、化学式(4)においては、ダイニュートロンクラス
ター(62n、22n)による反応を示した。
From the above results, C is converted into a nuclide by the nuclide conversion method according to the first modification of the present embodiment, and Mg
And Si and S are generated. in this case,
According to the above-mentioned EINR model, nuclide conversion of C is represented by the above chemical formula (2) and the following chemical formula (4). In the formula (4) was reacted by die neutron clusters (6 2 n, 2 2 n ).

【0059】[0059]

【化4】 Embedded image

【0060】以下に、本実施形態の第2変形例として、
Pd層21の表面上に核種変換を施す物質として例えば
ストロンチウム(Sr)を添加した場合について図11
から図17を参照しながら説明する。図11は、本実施
形態の第2変形例に係る多層構造体32を示す断面構成
図であり、図12は、図11に示す多層構造体32の表
面上におけるXPSによるMoのスペクトルを示すグラ
フ図であり、図13および図14は、図11に示す多層
構造体32の表面上におけるSr及びMoの原子数の時
間変化を表すグラフ図である。図15は天然に存在する
Moの同位体存在比を質量数の変化と共に示すグラフ図
であり、図16は第5実施例にて多層構造体32の表面
上に観測されたMoの同位体存在比を質量数の変化と共
に示すグラフ図であり、図17は核種変換を施す物質と
して添加された天然に存在するSrの同位体存在比を質
量数の変化と共に示すグラフ図である。
Hereinafter, as a second modified example of this embodiment,
FIG. 11 shows a case where, for example, strontium (Sr) is added as a substance for performing nuclide conversion on the surface of the Pd layer 21.
This will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a multilayer structure 32 according to a second modification of the present embodiment. FIG. 12 is a graph illustrating a spectrum of Mo by XPS on the surface of the multilayer structure 32 illustrated in FIG. FIG. 13 and FIG. 14 are graphs showing the time change of the number of atoms of Sr and Mo on the surface of the multilayer structure 32 shown in FIG. FIG. 15 is a graph showing the isotope abundance ratio of naturally occurring Mo along with the change in the mass number, and FIG. 16 is the Mo isotope existence ratio observed on the surface of the multilayer structure 32 in the fifth embodiment. FIG. 17 is a graph showing the ratio with the change in mass number, and FIG. 17 is a graph showing the isotope abundance ratio of naturally occurring Sr added as a substance to be subjected to nuclide conversion with the change in mass number.

【0061】この第2変形例では、上述した第1の実施
形態の多層構造体32において、核種変換を施す物質か
らなるCs層52の代わりにSr層53を添加した。す
なわち、上述した第1の実施形態と大きく異なる点は多
層構造体32を形成する方法、特に、上述したステップ
S04での処理である。なお、この第2変形例では、P
d基板23として、例えば、縦25mm×横25mm×
厚さ0.1mm、純度99.9%以上を用いた。この第
2変形例では、上述したステップS03の後に、SrO
のD2O希薄溶液(Sr(OD)2/D2O溶液)の電気
分解により、核種変換を施す物質として、例えばSrを
構造体11の成膜処理表面に添加する。例えば、図6に
示す電着装置60において、1mMのSr(OD)2
2O溶液を電解液62として、電源61の陽極に白金
陽極63を接続し、陰極に構造体11を接続して、例え
ば1Vの電圧で10秒間に亘って電気分解を行い、構造
体11の表面上で下記化学式(5)に示す反応を発生さ
せてSr層53を添加して、多層構造体32を形成する
(ステップS04a)。
In the second modification, the Sr layer 53 is added to the multilayer structure 32 of the first embodiment described above, instead of the Cs layer 52 made of a substance to be converted into a nuclide. That is, a point that is greatly different from the above-described first embodiment is the method of forming the multilayer structure 32, particularly, the processing in the above-described step S04. In this second modification, P
As the d-substrate 23, for example, length 25 mm × width 25 mm ×
The thickness was 0.1 mm and the purity was 99.9% or more. In the second modification, after the above-described step S03, SrO
For example, Sr is added to the film-forming surface of the structure 11 as a substance to be subjected to nuclide conversion by electrolysis of a D 2 O dilute solution (Sr (OD) 2 / D 2 O solution). For example, in the electrodeposition apparatus 60 shown in FIG. 6, 1 mM Sr (OD) 2 /
Using the D 2 O solution as the electrolytic solution 62, the platinum anode 63 is connected to the anode of the power supply 61, the structure 11 is connected to the cathode, and electrolysis is performed at a voltage of, for example, 1 V for 10 seconds. A reaction represented by the following chemical formula (5) is generated on the surface of the substrate and the Sr layer 53 is added to form the multilayer structure 32 (Step S04a).

【0062】[0062]

【化5】 Embedded image

【0063】そして、多層構造体32のSr層53を吸
蔵室31側に向けて、上述したステップS05以下の処
理を行う。
Then, the process from step S05 described above is performed with the Sr layer 53 of the multilayer structure 32 facing the storage chamber 31 side.

【0064】以下に、この本実施形態の第2変形例によ
る核種変換方法により行った核種変換実験での2つの実
験結果、すなわち同一の実験を2回実施した際の実施例
5及び実施例6について添付図面を参照しながら説明す
る。実施例5及び実施例6でのXPSの分析結果によ
り、実施例5及び実施例6にて、多層構造体32のSr
(原子番号Z=38)は時間が経過するにつれて減少し
て、例えば図12に示すXPSによるMoのスペクトル
のように、Mo(モリブデン、原子番号Z=42)が増
加した。
Hereinafter, two experimental results of the nuclide conversion experiments performed by the nuclide conversion method according to the second modification of the present embodiment, that is, Examples 5 and 6 when the same experiment was performed twice. Will be described with reference to the accompanying drawings. According to the results of the XPS analysis in the fifth and sixth examples, the Sr of the multilayer structure 32 in the fifth and sixth examples was determined.
(Atomic number Z = 38) decreased with time, and Mo (molybdenum, atomic number Z = 42) increased, for example, as in the spectrum of Mo by XPS shown in FIG.

【0065】ここで、XPSにより得られるSr及びM
oに対するスペクトルから、各元素の原子数を算出する
際には、上述した第1の実施形態と同様の方法を用い
た。すなわち、XPSでの測定時にX線銃41から多層
構造体32に対して照射されるX線の強度は常に一定と
し、これらのX線が照射されている領域は実施例5及び
実施例6の各測定において同一であると仮定した。さら
に、多層構造体32の表面上でX線が照射されている領
域は、例えば直径5mmの円形領域とし、放出される光
電子の脱出深さの見積もりから、XPSにて分析可能な
深さは例えば20・10-10mとした。また、Pd基板
23を構成するPdはfcc(面心立方格子)結晶なの
で、XPSにより得られたPdのスペクトルのピーク強
度から、Pdの原子数は3.0×1015個と算出した。
Here, Sr and M obtained by XPS
When calculating the number of atoms of each element from the spectrum for o, the same method as in the above-described first embodiment was used. In other words, the intensity of the X-rays emitted from the X-ray gun 41 to the multilayer structure 32 at the time of measurement by the XPS is always constant, and the regions irradiated with these X-rays are the same as those of the fifth and sixth embodiments. It was assumed to be the same for each measurement. Further, the region irradiated with X-rays on the surface of the multilayer structure 32 is, for example, a circular region having a diameter of 5 mm. From the estimation of the escape depth of emitted photoelectrons, the depth that can be analyzed by XPS is, for example, It was 20 · 10 −10 m. Since Pd constituting the Pd substrate 23 is an fcc (face-centered cubic lattice) crystal, the number of Pd atoms was calculated to be 3.0 × 10 15 from the peak intensity of the Pd spectrum obtained by XPS.

【0066】そして、各元素のイオン化断面積、すなわ
ち元素の内殻電子が例えばX線等を吸収して励起する割
合を参照して、XPSにより得られる各元素のスペクト
ルのピーク強度とPdのスペクトルのピーク強度とを比
較することによって、各元素の原子数を算出した。
The peak intensity of the spectrum of each element obtained by XPS and the spectrum of Pd are obtained by referring to the ionization cross-sectional area of each element, that is, the ratio of the core electrons of the element absorbing and exciting, for example, X-rays. The number of atoms of each element was calculated by comparing the peak intensity with the peak intensity of each element.

【0067】図13に示すように、実施例5では、初期
状態で1.2×1014個存在していたSrが、80時間
後には1.0×1014個に減少し、240時間後には8
×1013個に減少し、400時間後には4×1013個に
減少している。一方、実験開始以前には存在しなかった
Moが80時間後には約2.2×10 13個検出され、2
40時間後には約3.2×1013個に増加し、400時
間後には3.8×1013個に増加しているのが観測され
た。同様にして、図14に示す実施例6においても、実
験開始からの時間経過に伴って、Srの原子数の減少
と、実験開始以前には存在しなかったMoの生成及びM
oの原子数の増加が観測され、実施例5とほぼ同様の傾
向を示している。また、実施例5および実施例6の両方
において、Srの原子数の減少の時間変化と、Moの原
子数の生成および増加の時間変化とが、ほぼ一致してい
ることから、SrからMoへの核種変換が起きていると
解釈できる。しかも、実施例5および実施例6の両方に
おいて、定性的に再現性の良い実験結果が得られている
と結論することができる。
As shown in FIG. 13, in the fifth embodiment, the initial
1.2 × 10 in state14Sr that existed for 80 hours
Later 1.0 × 1014And after 240 hours 8
× 1013To 4 × 10 after 400 hours13Individually
is decreasing. On the other hand, it did not exist before the experiment started
Mo is about 2.2 × 10 after 80 hours 13Detected, 2
About 3.2 × 10 after 40 hours13Increased to 400 hours
3.8 × 10 after13Is observed to increase
Was. Similarly, in the sixth embodiment shown in FIG.
As the time elapses from the start of the experiment, the number of Sr atoms decreases
And generation of Mo and M which did not exist before the start of the experiment.
An increase in the number of atoms of o was observed, and the slope was almost the same as in Example 5.
Direction. In addition, both of Example 5 and Example 6
In time, the time change of the decrease in the number of Sr atoms and the Mo
The generation and increase in the number of offspring are almost
Therefore, nuclide conversion from Sr to Mo is occurring.
Can be interpreted. Moreover, in both the fifth embodiment and the sixth embodiment,
, Qualitatively good reproducible experimental results are obtained
It can be concluded.

【0068】さらに、実施例5においては、核種変換の
実験終了後、つまり上述したステップS10の後に、多
層構造体32の表面を二次イオン質量分析(SIMS:
Secondary Ion Mass Spectroscopy)により分析して、
生成されたMoの同位体存在比を算出した。例えば図1
5に示す天然に存在するMoの同位体存在比に比べて、
例えば図16に示す第5実施例にて観測されたMoの同
位体存在比では、特定の同位体、すなわち96Moのみが
突出して高い存在率を示していることが分かる。ここ
で、例えば図17に示すように、核種変換を施す物質と
して多層構造体32に添加された天然に存在するSrの
同位体存在比では、特定の同位体、すなわち88Srのみ
が突出して高い存在率を示していることが分かる。すな
わち、核種変換を施す物質(Sr)の同位体存在比と、
実験開始以前には存在せずに、実験終了後に生成された
物質(Mo)の同位体存在比とが、強い相関関係にある
と結論することができ、実施例5および実施例6にて検
出されたMoは、Srに対する核種変換により生成され
たと結論できる。
Further, in Example 5, after the end of the nuclide conversion experiment, that is, after the above-described step S10, the surface of the multilayer structure 32 was subjected to secondary ion mass spectrometry (SIMS:
Secondary Ion Mass Spectroscopy)
The isotope abundance ratio of the generated Mo was calculated. For example, FIG.
Compared to the natural isotope abundance ratio of Mo shown in 5,
For example, in the Mo isotope abundance ratio observed in the fifth embodiment shown in FIG. 16, it can be seen that only a specific isotope, ie, 96 Mo, protrudes and shows a high abundance. Here, as shown in FIG. 17, for example, in the isotope abundance ratio of naturally occurring Sr added to the multilayer structure 32 as a substance to be subjected to nuclide conversion, only a specific isotope, that is, 88 Sr is prominently high. It turns out that it shows the existence rate. That is, the isotope abundance ratio of the substance (Sr) to be subjected to nuclide conversion,
It can be concluded that there is a strong correlation between the isotope abundance ratio of the substance (Mo) that was not present before the start of the experiment and that was generated after the end of the experiment, and was detected in Examples 5 and 6. It can be concluded that the obtained Mo was generated by the transmutation of Sr.

【0069】さらに、実施例5及び実施例6での実験結
果は、例えば、上述したEINRモデルによって非常に
良く説明することができ、例えば96Moは上記化学式
(2)及び下記化学式(6)によって生成されると考え
られる。なお、化学式(6)でβ崩壊、すなわち96Sr
(=88Sr+42n)から96Moへ向かうβ-崩壊の記号
は省略した。
Further, the experimental results in Example 5 and Example 6 can be explained very well by, for example, the above-mentioned EINR model. For example, 96 Mo is represented by the above chemical formula (2) and the following chemical formula (6). Probably generated. Note that β decay in chemical formula (6), that is, 96 Sr
The sign of β - decay from (= 88 Sr + 4 2 n) to 96 Mo is omitted.

【0070】[0070]

【化6】 Embedded image

【0071】以下、本発明の第2の実施形態に係る核種
変換装置及び核種変換方法ついて添付図面を参照しなが
ら説明する。図18は本発明の第2の実施形態に係る核
種変換方法の原理を説明する図であり、図19は本発明
の第2の実施形態に係る核種変換装置80の構成図であ
る。
Hereinafter, a nuclide conversion apparatus and a nuclide conversion method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 18 is a diagram illustrating the principle of the nuclide conversion method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 19 is a configuration diagram of a nuclide conversion device 80 according to the second embodiment of the present invention.

【0072】本実施の形態による核種変換方法を実現す
る装置70は、例えば図18に示すように、例えば白金
等の陽極71と、パラジウム(Pd)またはPdの合
金、あるいはその他の水素を吸蔵する金属(例えば、T
i等)またはこの合金等からなる陰極72と、陽極71
と陰極72の一方の表面とを浸す重水溶液73と、陰極
72により液密とされ、例えば核種変換を施す物質が含
まれた重水溶液73が満たされた電解セル74と、陰極
72により気密とされた真空容器75とを備え、陰極7
2の一方の表面72A側が例えば電気分解等により重水
素の圧力が高い領域とされ、他方の表面72B側が例え
ば真空排気等により重水素の圧力が低い領域とされるこ
とで陰極72内部に重水素の流れが生成され、重水素と
核種変換を施す物質とが反応することによって核種変換
が行われる装置である。ここで、陰極72は、例えば図
2に示す構造体11と同様の構成を有しており、好まし
くはPd基板23の表面上に、相対的に仕事関数が低い
物質つまり電子を放出し易い物質(例えば、仕事関数が
3eV未満の物質)とPdとの混合層22が形成され、
この混合層22の表面上にPd層21が積層されて形成
されている。
An apparatus 70 for realizing the nuclide conversion method according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. 18, stores an anode 71 made of, for example, platinum, and an alloy of palladium (Pd) or Pd, or other hydrogen. Metal (eg, T
i) or a cathode 72 made of this alloy or the like, and an anode 71
And a heavy aqueous solution 73 immersed in one surface of the cathode 72; an electrolytic cell 74 which is liquid-tight by the cathode 72; Vacuum container 75 and the cathode 7
The one surface 72A side of the second is a region where the pressure of deuterium is high due to, for example, electrolysis, and the other surface 72B side is a region where the pressure of deuterium is low due to, for example, evacuation. Is produced by reacting deuterium with a substance to be transmuted. Here, the cathode 72 has, for example, a structure similar to that of the structure 11 shown in FIG. 2, and is preferably a substance having a relatively low work function, that is, a substance that easily emits electrons, on the surface of the Pd substrate 23. (For example, a substance having a work function of less than 3 eV) and a mixed layer 22 of Pd are formed,
On the surface of the mixed layer 22, the Pd layer 21 is formed by being laminated.

【0073】図19に示すように、本実施の形態による
核種変換装置80は、電源81と、圧力計82を備えた
電解セル83と、電解セル83内に貯溜される電解溶液
84と、真空容器85と、電解セル83内の電解溶液8
4を冷却する螺旋状の例えば絶縁性の樹脂等からなる冷
却管86と、触媒87と、電源81の陰極に接続されて
電解溶液84に浸漬された白金等の陽極電極88と、電
解セル83内を液密に保持すると共に、真空容器85内
を気密に保持して、電源81の陰極に接続された多層構
造体89と、電解セル83及び真空容器85を格納して
温度を制御する恒温槽90と、真空容器85内を真空状
態とする真空排気ポンプ91とを備えて構成されてい
る。
As shown in FIG. 19, a nuclide conversion apparatus 80 according to the present embodiment includes a power supply 81, an electrolytic cell 83 having a pressure gauge 82, an electrolytic solution 84 stored in the electrolytic cell 83, a vacuum Container 85 and electrolytic solution 8 in electrolytic cell 83
4, a spiral cooling pipe 86 made of, for example, an insulating resin or the like, a catalyst 87, an anode electrode 88 of platinum or the like connected to the cathode of a power supply 81 and immersed in an electrolytic solution 84, and an electrolytic cell 83. The inside is kept liquid-tight, the inside of the vacuum vessel 85 is kept air-tight, and the multi-layered structure 89 connected to the cathode of the power supply 81, the electrolytic cell 83 and the vacuum vessel 85 are stored and controlled at a constant temperature. The apparatus includes a tank 90 and a vacuum pump 91 for evacuating the vacuum vessel 85.

【0074】ここで、例えば絶縁性の樹脂等からなる電
解セル83及び例えばステンレス等からなる真空容器8
5のそれぞれは、耐薬品性に優れた例えばカルレッツO
リング等を介して多層構造体89によって、液密及び気
密状態に封止されており、いわば多層構造体89を介し
て接続されている。また、電解セル83内に貯溜された
電解溶液84は、核種変換を施す物質として例えばセシ
ウム(Cs)が含まれた重水溶液、例えば濃度が3.1
mol/lのCs2(SO4)重水溶液とされている。な
お、触媒87は、白金上に白金黒を電着したものより構
成され、電解溶液84の電気分解により発生した大部分
の水素及び酸素から水を生成して、再び、電解溶液84
に戻す。
Here, an electrolytic cell 83 made of, for example, an insulating resin or the like and a vacuum vessel 8 made of, for example, stainless steel or the like.
5 are, for example, Kalrez O having excellent chemical resistance.
It is sealed in a liquid-tight and air-tight state by a multilayer structure 89 via a ring or the like, and is connected via the multilayer structure 89 so to speak. The electrolytic solution 84 stored in the electrolytic cell 83 is a heavy aqueous solution containing, for example, cesium (Cs) as a substance to be converted into nuclides, for example, having a concentration of 3.1.
It is a mol / l Cs 2 (SO 4 ) heavy aqueous solution. The catalyst 87 is formed by electroplating platinum black on platinum, generates water from most of the hydrogen and oxygen generated by the electrolysis of the electrolytic solution 84, and again forms the electrolytic solution 84.
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【0075】本実施の形態による核種変換装置80は上
記構成を備えており、次に、この核種変換装置80を用
いて核種変換を行う方法について添付図面を参照しなが
ら説明する。
The nuclide conversion device 80 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, a method of performing nuclide conversion using the nuclide conversion device 80 will be described with reference to the accompanying drawings.

【0076】先ず、上述した第1の実施形態に係る核種
変換方法におけるステップS01〜ステップS03と同
様にして構造体11を作成する。そして、この構造体1
1を多層構造体89として、この多層構造体89のPd
層21を電解セル83側に向けて、電解セル83及び真
空容器85をそれぞれ液密及び気密状態に封止する(ス
テップS21)。次に、電解セル83内に電解溶液84
として、例えば濃度が3.1mol/lのCs2(S
4)重水溶液を注入する。さらに、電解セル83内部
で電解溶液84が満たされていない空間を窒素ガスで置
換して封入し、電解セル83内の圧力を例えば1.5k
g/cm2に保持する(ステップS22)。
First, the structure 11 is created in the same manner as in steps S01 to S03 in the nuclide conversion method according to the first embodiment. And this structure 1
1 as a multilayer structure 89, the Pd of this multilayer structure 89
With the layer 21 facing the electrolytic cell 83 side, the electrolytic cell 83 and the vacuum vessel 85 are sealed in a liquid-tight and air-tight state, respectively (step S21). Next, the electrolytic solution 84 is placed in the electrolytic cell 83.
As an example, Cs 2 (S
O 4 ) Inject heavy water solution. Further, the space inside the electrolytic cell 83 that is not filled with the electrolytic solution 84 is replaced with nitrogen gas and sealed, and the pressure in the electrolytic cell 83 is reduced to, for example, 1.5 k.
g / cm 2 (step S22).

【0077】そして、真空容器85内を真空ポンプ91
にて排気して真空状態に保持する(ステップS23)。
そして、例えば絶縁性の樹脂等からなる冷却管86内に
冷媒を供給して、電解セル83内の温度を所定の一定温
度に保持する(ステップS24)。そして、電解セル8
3内で電解溶液84に浸漬された例えば白金からなる陽
極電極88と、陰極とされる多層構造体89とを電源8
1に接続して、電源81から供給される電力により電気
分解反応を発生させる(ステップS25)。ここで、電
気分解時に供給する電流は、例えば3時間で徐々に1A
から2Aへ上昇させ、この後、2Aを保持する。
Then, a vacuum pump 91 is
Is exhausted and kept in a vacuum state (step S23).
Then, a coolant is supplied into the cooling pipe 86 made of, for example, an insulating resin or the like, and the temperature inside the electrolytic cell 83 is maintained at a predetermined constant temperature (step S24). And the electrolytic cell 8
An anode electrode 88 made of, for example, platinum immersed in an electrolytic solution 84 and a multilayer structure 89 serving as a cathode are supplied to a power source 8.
1 to generate an electrolysis reaction by the electric power supplied from the power supply 81 (step S25). Here, the current supplied during the electrolysis is, for example, 1 A gradually over 3 hours.
To 2A, and then hold 2A.

【0078】そして、電気分解開始後、12時間後に恒
温槽90の温度を70℃として、以後、この温度を保持
する(ステップS26)。この電気分解を所定時間、例
えば7日間持続した後に電気分解を停止して、恒温槽9
0の温度を常温にする(ステップS27)。そして、核
種変換装置80から多層構造体89を取り外して、多層
構造体89の表面を二次イオン質量分析(SIMS:Se
condary Ion Mass Spectroscopy)により分析する(ス
テップS28)。
Then, 12 hours after the start of the electrolysis, the temperature of the thermostat 90 is set to 70 ° C., and thereafter, this temperature is maintained (step S 26). After the electrolysis is continued for a predetermined time, for example, 7 days, the electrolysis is stopped and the thermostat 9
The temperature of 0 is set to normal temperature (step S27). Then, the multilayer structure 89 is removed from the nuclide conversion device 80, and the surface of the multilayer structure 89 is subjected to secondary ion mass spectrometry (SIMS: Se
Analysis is performed by condary ion mass spectroscopy (step S28).

【0079】以下に、上述した本実施形態による核種変
換方法により行った核種変換実験での実験結果、すなわ
ち実施例7について図20及び図21を参照しながら説
明する。図20は、図19に示す核種変換装置80を用
いた実験後の多層構造体89の電解セル83側の表面を
示す図であり、図21は、図19に示す核種変換装置8
0を用いた実験後の多層構造体89の表面のSIMS分
析結果を示すグラフ図である。
The results of the nuclide conversion experiment performed by the above-described nuclide conversion method according to the present embodiment, that is, Example 7, will be described below with reference to FIGS. 20 and 21. 20 is a diagram showing the surface of the multilayer structure 89 on the side of the electrolytic cell 83 after the experiment using the nuclide conversion device 80 shown in FIG. 19, and FIG. 21 is a diagram showing the nuclide conversion device 8 shown in FIG.
FIG. 10 is a graph showing the results of SIMS analysis of the surface of the multilayer structure 89 after the experiment using No. 0.

【0080】図20に示す重水素が透過した部分96
と、図20に示す重水素が透過していない部分95とに
対して、図21に示すように、140Ceについては二次
イオンの強度が一致しているが、139La及び141Prで
は重水素が透過した部分96、すなわち核種変換反応が
発生している部分の方が、二次イオンの強度が大きくな
っている。また、質量数A=142については、142
eと142Ndとの何れかであるかを判別することはでき
ないが、重水素が透過した部分96の方が、二次イオン
の強度が大きくなっている。これにより、少なくとも
141Prは、Csが核種変換されて生成された物質であ
ると結論できる。
A portion 96 shown in FIG.
If, with respect to a portion 95 of deuterium shown in FIG. 20 is not transmitted, as shown in FIG. 21, the intensity of the secondary ions are coincident for 140 Ce, 139 In La and 141 Pr heavy The intensity of the secondary ion is higher in the portion 96 through which hydrogen has passed, that is, in the portion where the nuclide conversion reaction has occurred. For mass number A = 142, 142 C
Although it is not possible to determine which of e and 142 Nd it is, the intensity of the secondary ions is higher in the portion 96 through which deuterium has passed. This allows at least
It can be concluded that 141 Pr is a substance produced by transmutation of Cs.

【0081】上述したように、本実施の形態による核種
変換装置80によれば、例えば原子炉や加速器等の相対
的に大規模な装置を必要とせずに、相対的に小規模な構
成で核種変換の処理を施すことができる。しかも、上述
した第1の実施の形態に係る核種変換装置30とは異な
る構成でありながら、CsからPrへの核種変換反応が
生じていることを示す実験結果を得ることができ、本発
明の本質的手段の有効性を示すことができる。また、本
実施の形態による核種変換方法によれば、多層構造体8
9における重水素が透過した部分96と、重水素が透過
していない部分95との比較から、少なくともCsから
Prへの核種変換反応が生じていることを確実に示すこ
とができる。
As described above, according to the nuclide conversion apparatus 80 of the present embodiment, the nuclide conversion is performed in a relatively small configuration without requiring a relatively large-scale apparatus such as a nuclear reactor and an accelerator. Conversion processing can be performed. Moreover, it is possible to obtain experimental results indicating that a nuclide conversion reaction from Cs to Pr has occurred, despite having a configuration different from that of the nuclide conversion apparatus 30 according to the first embodiment described above. It can show the effectiveness of essential measures. Further, according to the nuclide conversion method according to the present embodiment, the multilayer structure 8
The comparison between the portion 96 through which deuterium has permeated in 9 and the portion 95 through which deuterium has not permeated can reliably show that at least a nuclide conversion reaction from Cs to Pr has occurred.

【0082】なお、本実施の形態においては、電解溶液
84として核種変換を施す物質を含む重水溶液を用いる
としたが、これに限定されず、多層構造体89の一方の
表面上に、例えば真空蒸着やスパッター法の成膜処理に
よって核種変換を施す物質、例えばCsを積層して、こ
のCsが積層された面を電解セル83の内部に向けて、
電解セル83に貯溜された重水溶液からなる電解溶液8
4に浸しても良い。この場合、重水溶液には核種変換を
施す物質、つまりCsを含有させる必要はない。
In this embodiment, a heavy aqueous solution containing a substance to be subjected to nuclide conversion is used as the electrolytic solution 84. However, the present invention is not limited to this. For example, a vacuum is applied on one surface of the multilayer structure 89. A substance to be subjected to nuclide conversion, for example, Cs, is deposited by a deposition process such as vapor deposition or sputtering, and the surface on which the Cs is deposited is directed toward the inside of the electrolytic cell 83.
Electrolytic solution 8 composed of heavy aqueous solution stored in electrolytic cell 83
4 may be soaked. In this case, the heavy aqueous solution does not need to contain a substance to be subjected to nuclide conversion, that is, Cs.

【0083】なお、上述した本実施の形態においては、
電解溶液84としてCsを含む重水溶液を用いるとした
が、これに限定されず、核種変換を施す物質としてCs
の代わりに、例えばナトリウム(Na)等のその他の物
質を添加しても良い。以下に、本実施形態の変形例とし
て、核種変換を施す物質として例えばナトリウム(N
a)を重水溶液に添加した場合について説明する。
In the present embodiment described above,
Although a heavy aqueous solution containing Cs was used as the electrolytic solution 84, the present invention is not limited to this.
Alternatively, other substances such as sodium (Na) may be added. Hereinafter, as a modification of the present embodiment, for example, sodium (N
The case where a) is added to the heavy aqueous solution will be described.

【0084】この変形例において、上述した第2の実施
形態と大きく異なる点は、上述したステップS22以下
の処理である。すなわち、上述したステップS21の後
に、電解セル83内に電解溶液84として、例えばナト
リウムが400ppmだけ添加された、濃度が4.3m
ol/lのLiOD重水溶液を注入する。さらに、電解
セル83内部で電解溶液84が満たされていない空間を
窒素ガスで置換して封入し、電解セル83内の圧力を例
えば1.5kg/cm2に保持する(ステップS3
2)。
In this modified example, a point that is significantly different from the above-described second embodiment is the above-described processing from step S22. That is, after the above-described step S21, as the electrolytic solution 84 in the electrolytic cell 83, for example, only 400 ppm of sodium is added, and the concentration is 4.3 m.
ol / l of LiOD heavy water solution is injected. Further, the space inside the electrolytic cell 83 that is not filled with the electrolytic solution 84 is replaced with nitrogen gas and sealed, and the pressure inside the electrolytic cell 83 is maintained at, for example, 1.5 kg / cm 2 (step S3).
2).

【0085】そして、真空容器85内を真空ポンプ91
にて排気して真空状態に保持する(ステップS33)。
そして、例えば絶縁性の樹脂等からなる冷却管86内に
冷媒を供給して、電解セル83内の温度を所定の一定温
度に保持する(ステップS34)。そして、電解セル8
3内で電解溶液84に浸漬された例えば白金からなる陽
極電極88と、陰極とされる多層構造体89とを電源8
1に接続して、電源81から供給される電力により電気
分解反応を発生させる(ステップS35)。ここで、電
気分解時に供給する電流は、例えば6時間で徐々に0.
5Aから2Aへ上昇させ、この後、2Aを保持する。
Then, a vacuum pump 91 is
Is exhausted and kept in a vacuum state (step S33).
Then, a coolant is supplied into the cooling pipe 86 made of, for example, an insulating resin or the like, and the temperature inside the electrolytic cell 83 is maintained at a predetermined constant temperature (step S34). And the electrolytic cell 8
An anode electrode 88 made of, for example, platinum immersed in an electrolytic solution 84 and a multilayer structure 89 serving as a cathode are supplied to a power source 8.
1 to generate an electrolysis reaction by the electric power supplied from the power supply 81 (step S35). Here, the electric current supplied at the time of electrolysis is gradually reduced to, for example, 6 hours.
Increase from 5A to 2A, then hold 2A.

【0086】そして、この電気分解を所定時間、例えば
7日間持続した後に電気分解を停止して、恒温槽90の
温度を常温にする(ステップS36)。そして、核種変
換装置80から多層構造体89を取り外して、多層構造
体89の表面を電子プローブ・マイクロ・アナライザー
(EPMA:Electron Probe Microanalysis)により分
析する(ステップS37)。
After the electrolysis is continued for a predetermined time, for example, 7 days, the electrolysis is stopped, and the temperature of the thermostat 90 is set to normal temperature (step S36). Then, the multilayer structure 89 is removed from the nuclide conversion device 80, and the surface of the multilayer structure 89 is analyzed by an electron probe micro analyzer (EPMA: Electron Probe Microanalysis) (step S37).

【0087】以下に、上述した本発明の第2の実施形態
の変形例に係る核種変換方法により行った3つの核種変
換実験での実験結果、すなわち同一の実験を3回実施し
た際の実施例8及び実施例9及び実施例10について説
明する。なお、下記表2には、実施例8及び実施例9及
び実施例10に対して、誘導励起プラズマ−オージェ電
子スペクトル分析(ICP−AES:Inductive Couple
d Plasma - Auger Electron Spectrometry)による電解
溶液84の分析結果について示した。なお、実験開始以
前における電解溶液84の分析結果を比較例とした。
Hereinafter, the results of three nuclide conversion experiments performed by the nuclide conversion method according to the modification of the above-described second embodiment of the present invention, that is, an example in which the same experiment was performed three times, will be described. Eighth and ninth and tenth embodiments will be described. Table 2 below shows that the inductively coupled plasma-Auger electron spectrum analysis (ICP-AES: Inductive Coupler)
The analysis results of the electrolytic solution 84 by d Plasma-Auger Electron Spectrometry are shown. The analysis result of the electrolytic solution 84 before the start of the experiment was used as a comparative example.

【0088】[0088]

【表2】 [Table 2]

【0089】表2に示すように、実験開始以前の電解溶
液84にはNaが430ppm、Alは検出限界以下の
1ppm以下である。一方、核種変換の実験後には、N
aの方が一桁程度低い値の数十ppmとなり、Alが数
百ppmとなった。実験の開始前後での電解溶液84の
変化は、電源81から電流を与えて電気分解を行うだけ
であり、外部から他の物質が添加されることはない。ま
た、原子数(表2での、Atom)では、減少したNa
の原子数は2.2×1021から2.0×1021程度であ
り、Alの増加量にほぼ一致していることが確認でき
る。
As shown in Table 2, the electrolytic solution 84 before the start of the experiment contains 430 ppm of Na and 1 ppm or less of Al, which is below the detection limit. On the other hand, after the nuclide conversion experiment, N
The value of a was several tens ppm, which is about one digit lower, and the content of Al was several hundred ppm. The change of the electrolytic solution 84 before and after the start of the experiment is only to apply an electric current from the power supply 81 to perform the electrolysis, and no other substance is added from the outside. Further, in terms of the number of atoms (Atom in Table 2), the decreased Na
Is about 2.2 × 10 21 to 2.0 × 10 21 , and it can be confirmed that the number of atoms almost coincides with the increase in Al.

【0090】この結果は、上述したEINRモデルでは
上記化学式(2)及び下記化学式(7)で表される。
The result is represented by the above chemical formula (2) and the following chemical formula (7) in the above-mentioned EINR model.

【0091】[0091]

【化7】 Embedded image

【0092】ここで、Naは23Naの天然存在率が10
0%であり、Alは27Alの天然存在率が100%であ
る。従来の実験データから帰納的に同位体比構成の類似
した核種同士の間で核種変換が生じやすいと判断でき、
NaがAlに変換する可能性が高いことは、Na、Al
の両元素とも安定に存在する同位体が唯一であることか
らも類推できる。また、多層構造体89の表面をEPM
Aによって分析した結果、多層構造体89の中心部、す
なわち重水素が透過した部分からもAlが検出された。
Alは両性金属であるため、電解溶液84中に溶解可能
であるが、多層構造体89の中心部表面からもAlが検
出されていることで、Naが核種変換されてAlが生成
されたと結論することができる。
Here, Na has a natural abundance of 23 Na of 10%.
0%, and Al has a natural abundance of 27 Al of 100%. From the conventional experimental data, it can be inductively determined that nuclide conversion is likely to occur between nuclides with similar isotopic composition,
The high possibility that Na is converted to Al is that Na, Al
It can also be inferred from the fact that only one stable isotope exists for both elements. In addition, the surface of the multilayer structure 89 is EPM
As a result of the analysis by A, Al was also detected from the center of the multilayer structure 89, that is, the portion through which deuterium permeated.
Since Al is an amphoteric metal, it can be dissolved in the electrolytic solution 84. However, since Al is also detected from the central surface of the multilayer structure 89, it is concluded that Na was converted to nuclide and Al was generated. can do.

【0093】なお、本実施の形態においては、電解溶液
84として核種変換を施す物質を含む重水溶液を用いる
としたが、これに限定されず、多層構造体89の一方の
表面上に、例えば真空蒸着やスパッター法の成膜処理に
よって核種変換を施す物質、例えばNaを積層して、こ
のNaが積層された面を電解セル83の内部に向けて、
電解セル83に貯溜された重水溶液からなる電解溶液8
4に浸しても良い。この場合、重水溶液には核種変換を
施す物質、つまりNaを含有させる必要はない。
In this embodiment, a heavy aqueous solution containing a substance to be subjected to nuclide conversion is used as the electrolytic solution 84. However, the present invention is not limited to this. For example, a vacuum is applied on one surface of the multilayer structure 89. A substance that undergoes nuclide conversion, for example, Na, is deposited by deposition or a film formation process of a sputtering method, and the surface on which the Na is deposited is directed toward the inside of the electrolytic cell 83.
Electrolytic solution 8 composed of heavy aqueous solution stored in electrolytic cell 83
4 may be soaked. In this case, the heavy aqueous solution does not need to contain a substance to be subjected to nuclide conversion, that is, Na.

【0094】以下、本発明の第3の実施形態に係る核種
変換装置及び核種変換方法ついて添付図面を参照しなが
ら説明する。図22は本発明の第3の実施形態に係る核
種変換装置100の構成図である。
Hereinafter, a nuclide conversion apparatus and a nuclide conversion method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 22 is a configuration diagram of the nuclide conversion device 100 according to the third embodiment of the present invention.

【0095】本実施の形態による核種変換装置100
は、内部が気密保持可能とされた放出容器101と、こ
の放出容器101の内部にて多層構造体102を介して
気密保持可能に設けられた吸蔵容器103と、レギュレ
ータバルブ104およびバルブ105を介して吸蔵容器
103内に重水素を供給する重水素ボンベ106と、吸
蔵容器103内の圧力を検出する圧力計107と、真空
バルブ108を介して放出容器101内と吸蔵容器10
3内とを接続する接続配管109と、放出容器101内
を真空状態に保つターボ分子ポンプ110と、放出容器
101内及び吸蔵容器103内及びターボ分子ポンプ1
10内を荒引きするためのロータリーポンプ111と、
放出容器101内の真空度を検出する真空計112とを
備えて構成されている。
The nuclide conversion apparatus 100 according to the present embodiment
Is provided via a discharge container 101 whose inside can be kept airtight, a storage container 103 provided inside the discharge container 101 so as to be able to hold airtight through a multilayer structure 102, and a regulator valve 104 and a valve 105. A deuterium cylinder 106 for supplying deuterium into the storage container 103, a pressure gauge 107 for detecting the pressure in the storage container 103, and the discharge container 101 and the storage container 10 via a vacuum valve 108.
3, a turbo-molecular pump 110 for keeping the inside of the discharge vessel 101 in a vacuum state, a turbo-molecular pump 1 for keeping the inside of the discharge vessel 101 and the storage vessel 103, and the turbo-molecular pump 1
A rotary pump 111 for roughing the inside of 10;
A vacuum gauge 112 for detecting the degree of vacuum in the discharge container 101 is provided.

【0096】本実施の形態による核種変換装置100は
上記構成を備えており、次に、この核種変換装置100
を用いて核種変換を行う方法について添付図面を参照し
ながら説明する。
The nuclide conversion apparatus 100 according to the present embodiment has the above-described configuration.
A method of performing nuclide conversion using will be described with reference to the accompanying drawings.

【0097】先ず、例えば図2に示すPd基板23(例
えば、直径70mm×厚さ0.1mm、純度99.9%
以上)をアセトン中で所定時間に亘って超音波洗浄する
ことにより脱脂する。そして、Arガス雰囲気中におい
て、例えば900℃の温度で所定時間(例えば、10時
間)に亘ってアニールつまり加熱処理を行う(ステップ
S41)。次に、アニール後のPd基板23に対して、
例えば室温にて1.5倍希釈の王水により所定時間(例
えば、100秒間)に亘ってエッチング処理を施して表
面の不純物を除去する(ステップS42)。
First, for example, a Pd substrate 23 shown in FIG. 2 (for example, a diameter of 70 mm × a thickness of 0.1 mm, a purity of 99.9%
Is degreased by ultrasonic cleaning in acetone for a predetermined time. Then, annealing or heat treatment is performed at a temperature of, for example, 900 ° C. for a predetermined time (for example, 10 hours) in an Ar gas atmosphere (step S41). Next, for the Pd substrate 23 after annealing,
For example, an impurity is removed from the surface by performing an etching process with aqua regia diluted 1.5 times at room temperature for a predetermined time (for example, 100 seconds) (step S42).

【0098】次に、上述したステップS03と同様にし
て、アルゴンイオンビームによるスパッター法を用い
て、エッチング処理後のPd基板23上に成膜処理を施
して構造体11を作成する(ステップS43)。そし
て、上述したステップS04と同様にして、CsNO3
のD2O希薄溶液(CsNO3/D2O溶液)の電気分解
により、核種変換を施す物質としてCs層を構造体11
の成膜処理表面に添加して、多層構造体102を形成す
る(ステップS44)。
Next, in the same manner as in step S03, a film is formed on the etched Pd substrate 23 by sputtering using an argon ion beam to form the structure 11 (step S43). . Then, as in step S04 described above, CsNO 3
The Cs layer as a substance to be subjected to nuclide conversion by electrolysis of a D 2 O dilute solution (CsNO 3 / D 2 O solution) of the structure 11
To form a multilayer structure 102 (step S44).

【0099】そして、多層構造体102のCs層を吸蔵
容器103側に向けて、多層構造体102を介在させて
吸蔵容器103と放出容器101とをそれぞれ気密状態
に閉塞する。そして、先ず、バルブ105を閉じ、接続
配管109の真空バルブ108を開いて、放出容器10
1および吸蔵容器103をロータリーポンプ111およ
びターボ分子ポンプ110により真空排気する(ステッ
プS45)。
Then, with the Cs layer of the multilayer structure 102 facing the storage container 103 side, the storage container 103 and the discharge container 101 are closed in an airtight manner with the multilayer structure 102 interposed therebetween. Then, first, the valve 105 is closed, the vacuum valve 108 of the connection pipe 109 is opened, and the discharge container 10 is opened.
1 and the storage container 103 are evacuated by the rotary pump 111 and the turbo molecular pump 110 (step S45).

【0100】次に、多層構造体102を、加熱装置(図
示略)により例えば70℃の温度に加熱した後、真空バ
ルブ108を閉じて吸蔵容器103の真空排気を停止し
て、バルブ105を開いて吸蔵容器103内に所定のガ
ス圧力で重水素ガスを導入して、核種変換の実験を開始
する。ここで、重水素ガスを導入する際の所定のガス圧
力はレギュレータバルブ104によって調整し、例えば
1.01325×10 5Pa(いわゆる1気圧)とした
(ステップS46)。なお、多層構造体102を透過し
て放出容器101内に出てきた重水素量は、例えば真空
計112により検出される放出容器101内の真空度
と、ターボ分子ポンプ110の排気速度とに基づいて算
出する。
Next, the multilayer structure 102 is heated by a heating device (FIG.
After heating to a temperature of, for example, 70 ° C.
The valve 108 is closed and the evacuation of the storage container 103 is stopped.
Then, the valve 105 is opened and a predetermined gas is
Start of nuclide conversion experiments by introducing deuterium gas at high pressure
I do. Here, a predetermined gas pressure when introducing deuterium gas is used.
The force is regulated by a regulator valve 104, for example
1.01325 × 10 FivePa (so-called 1 atm)
(Step S46). Note that the light passes through the multilayer structure 102.
The amount of deuterium that has come out of the discharge container 101 is, for example, a vacuum.
Of vacuum in the discharge container 101 detected by the meter 112
And the pumping speed of the turbo molecular pump 110
Put out.

【0101】吸蔵容器103内に重水素ガスの導入を開
始してから所定時間、例えば数十時間後に、多層構造体
102の温度を常温に戻す。そして、バルブ105を閉
じて吸蔵容器103内への重水素ガスの導入を停止し
て、さらに、真空バルブ108を開いて吸蔵容器103
を真空排気して核種変換の実験を終了する(ステップS
47)。そして、核種変換装置100から多層構造体1
02を取り外して、この多層構造体102に王水でエッ
チング処理を施して、多層構造体102の表面上に存在
する元素を溶かした溶液を作成する。この溶液に対し
て、高周波誘導結合プラズマ−質量分析(ICP−M
S:Inductive Coupled Plasma - Mass Spectrometry)
を適用して、多層構造体102の表面上に存在する元素
の定量分析を行う(ステップS48)。
The temperature of the multilayer structure 102 is returned to normal temperature a predetermined time, for example, several tens of hours after the introduction of the deuterium gas into the storage container 103 is started. Then, the valve 105 is closed to stop the introduction of deuterium gas into the storage container 103, and the vacuum valve 108 is opened to open the storage container 103.
Is evacuated to end the nuclide conversion experiment (step S
47). Then, from the nuclide conversion apparatus 100, the multilayer structure 1
02 is removed and the multilayer structure 102 is subjected to etching treatment with aqua regia to form a solution in which elements existing on the surface of the multilayer structure 102 are dissolved. The solution was subjected to high frequency inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-M
S: Inductive Coupled Plasma-Mass Spectrometry)
Is applied to perform quantitative analysis of elements present on the surface of the multilayer structure 102 (step S48).

【0102】以下に、上述した本実施形態による核種変
換方法により行った核種変換実験での2つの実験結果、
すなわち同一の実験を2回実施した際の実施例11及び
実施例12について表3を参照しながら説明する。な
お、下記表3には、実施例11及び実施例12に対し
て、ICP−MSによる分析結果について示した。な
お、実験開始以前における多層構造体102に王水でエ
ッチング処理を施して生成した溶液の分析結果を比較例
とした。
The following are the results of two nuclide conversion experiments performed by the above-described nuclide conversion method according to the present embodiment,
That is, Example 11 and Example 12 when the same experiment was performed twice will be described with reference to Table 3. Table 3 below shows the results of analysis of Example 11 and Example 12 by ICP-MS. In addition, the analysis result of the solution generated by performing the etching treatment with the aqua regia on the multilayer structure 102 before the start of the experiment was used as a comparative example.

【0103】[0103]

【表3】 [Table 3]

【0104】表3に示すように、比較例での実験開始以
前の多層構造体102から得た溶液では、Prの重量が
0.008μg、Csの重量は3.8μgである。この
Prの量は計測器の検出限界値であり、バックグラウン
ドノイズとしての値である。これに対して、実施例12
ではPrの重量が、バックグラウンドに対し十分高い値
の0.12μgであった。さらに、実施例11にて、P
rの重量は実施例12と比べて1桁程度高い値の1.3
μgに増大し、Csの重量が2.3μgに減少した。す
なわち、実施例11及び実施例12にて検出されたPr
の増大は、CsからPrへの核種変換反応が発生した結
果であると結論できる。しかも、反応断面積を大きくす
ることで、反応量を増大することができた。
As shown in Table 3, in the solution obtained from the multilayer structure 102 before the start of the experiment in the comparative example, the weight of Pr was 0.008 μg, and the weight of Cs was 3.8 μg. This amount of Pr is a detection limit value of the measuring instrument, and is a value as background noise. In contrast, Example 12
In this case, the weight of Pr was 0.12 μg, which was a value sufficiently higher than the background. Further, in Example 11, P
The weight of r is 1.3 orders of magnitude higher than that of Example 12 by about one digit.
μg and the weight of Cs decreased to 2.3 μg. That is, Pr detected in Example 11 and Example 12
Can be concluded as a result of the occurrence of the nuclide conversion reaction from Cs to Pr. In addition, the reaction amount could be increased by increasing the reaction cross-sectional area.

【0105】上述したように、本実施の形態による核種
変換装置100によれば、例えば原子炉や加速器等の相
対的に大規模な装置を必要とせずに、相対的に小規模な
構成で核種変換の処理を施すことができる。しかも、上
述した第1の実施の形態に係る核種変換装置30とは異
なる装置構成および異なる形状の多層構造体102であ
りながら、CsからPrへの核種変換反応が生じている
ことを示す実験結果を得ることができ、本発明の本質的
手段の有効性を示すことができる。
As described above, the nuclide conversion apparatus 100 according to the present embodiment does not require a relatively large-scale device such as a nuclear reactor or an accelerator, and has a relatively small-sized structure. Conversion processing can be performed. Moreover, an experimental result showing that a nuclide conversion reaction from Cs to Pr occurs despite the multilayer structure 102 having an apparatus configuration different from that of the nuclide conversion apparatus 30 according to the first embodiment described above. Can be obtained, and the effectiveness of the essential means of the present invention can be shown.

【0106】また、上述した本発明の第1の実施形態及
び第2の実施形態及び第3の実施形態においては、水素
を吸蔵する金属としてパラジウム(Pd)を使用した
が、これに限定されず、Pdの合金、或いは、例えばT
i、Ni、V、Cu等のその他の水素を吸蔵する金属、
又はこれらの合金等であってもよい。
In the first, second, and third embodiments of the present invention, palladium (Pd) is used as the metal for storing hydrogen. However, the present invention is not limited to this. , Pd alloy or, for example, T
other metals that occlude hydrogen, such as i, Ni, V, Cu,
Alternatively, an alloy of these may be used.

【0107】[0107]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
本発明の核種変換装置によれば、例えば原子炉や加速器
等に比べて相対的に小規模な構成で核種変換を行うこと
ができ、構造体の一方の表面側と他方の表面側との間に
重水素の圧力差を設けて、構造体の内部で一方の表面側
から他方の表面側へと向かう重水素の流束を生成するこ
とで、重水素と核種変換を施す物質とに対して、再現性
良く核種変換反応を発生させることができる。さらに、
請求項2に記載の本発明の核種変換装置によれば、重水
素供給手段によって吸蔵部を加圧すると共に、排気手段
によって放出部を真空状態に減圧することによって、構
造体に重水素の圧力差を容易に形成することができる。
さらに、請求項3に記載の本発明の核種変換装置によれ
ば、構造体の一方の表面側で電解溶液を電気分解するこ
とによって実効的に大きな圧力で構造体に重水素を吸蔵
させることができ、さらに、排気手段によって放出部を
真空状態に減圧することによって、構造体に重水素の圧
力差を容易かつ確実に形成することができる。
As described above, according to the nuclide conversion apparatus of the first aspect of the present invention, it is possible to perform nuclide conversion with a relatively small configuration as compared with, for example, a nuclear reactor or an accelerator. A pressure difference of deuterium is provided between one surface side and the other surface side of the structure, and a flux of deuterium flowing from one surface side to the other surface side is provided inside the structure. By generating, a deuterium conversion reaction can be generated with good reproducibility for deuterium and a substance to be transmuted. further,
According to the nuclide conversion apparatus of the present invention, the occlusion unit is pressurized by the deuterium supply unit, and the discharge unit is depressurized to a vacuum state by the exhaust unit. Can be easily formed.
Furthermore, according to the nuclide conversion apparatus of the present invention described in claim 3, by effectively electrolyzing the electrolytic solution on one surface side of the structure, deuterium can be occluded in the structure with a large pressure effectively. Further, by reducing the pressure of the discharge portion to a vacuum state by the exhaust means, a pressure difference of deuterium can be easily and reliably formed in the structure.

【0108】さらに、請求項4に記載の本発明の核種変
換装置によれば、変換物質積層手段、例えば電着、蒸
着、スパッタリング等の成膜処理によって構造体の一方
の表面上に核種変換を施す物質を容易に積層することが
できる。さらに、請求項5に記載の本発明の核種変換装
置によれば、重水素を含む気体又は液体に核種変換を施
す物質を混入することで、構造体の一方の表面上に核種
変換を施す物質を容易に接触させることができる。さら
に、請求項6に記載の本発明の核種変換装置によれば、
多層構造をなす構造体に、仕事関数が低い物質を含む混
合層を設けることで、核種変換反応の発生の再現性を向
上させることができる。なお、請求項1〜6に記載の本
発明の核種変換装置において、核種変換を施す物質を同
位体比構成が類似した核種へと変換させることで、核種
変換反応の発生を促進することができ、核種変換反応の
発生に対して再現性を向上させることができる。
Further, according to the nuclide conversion apparatus of the present invention, the nuclide conversion is carried out on one surface of the structure by a conversion material laminating means, for example, a film forming process such as electrodeposition, vapor deposition, or sputtering. The materials to be applied can be easily laminated. Further, according to the nuclide transmutation device of the present invention as set forth in claim 5, by mixing a substance to be subjected to nuclide conversion into a gas or liquid containing deuterium, a substance to be subjected to nuclide conversion on one surface of the structure. Can be easily contacted. Furthermore, according to the nuclide conversion device of the present invention described in claim 6,
By providing a mixed layer containing a substance having a low work function in a structure having a multilayer structure, reproducibility of generation of a nuclide conversion reaction can be improved. In the nuclide conversion apparatus according to the present invention as set forth in claims 1 to 6, the generation of a nuclide conversion reaction can be promoted by converting a substance to be subjected to nuclide conversion into a nuclide having a similar isotopic composition. In addition, it is possible to improve the reproducibility with respect to the occurrence of the nuclide conversion reaction.

【0109】また、請求項7に記載の本発明の核種変換
方法によれば、構造体の内部で一方の表面側から他方の
表面側へと向かう重水素の流束を生成することで、重水
素と核種変換を施す物質とに対して、再現性良く核種変
換反応を発生させることができる。さらに、請求項8に
記載の本発明の核種変換方法によれば、例えば電着、蒸
着、スパッタリング等の成膜処理によって構造体の一方
の表面上に核種変換を施す物質を積層する、又は、例え
ば重水素を含む気体又は液体に核種変換を施す物質を混
入することで、構造体の一方の表面上に核種変換を施す
物質を容易に接触させることができる。さらに、請求項
9に記載の本発明の核種変換方法によれば、核種変換を
施す物質を同位体比構成が類似した核種へと変換させる
ことで、核種変換反応の発生を促進することができ、核
種変換反応の発生に対して再現性を向上させることがで
きる。
According to the nuclide transmutation method of the present invention, the deuterium flux from one surface side to the other surface side is generated inside the structure, so that the deuterium flux is generated. A nuclide transmutation reaction can be generated with high reproducibility for hydrogen and a substance to be transmuted. Furthermore, according to the nuclide conversion method of the present invention as set forth in claim 8, for example, a substance to be subjected to nuclide conversion is laminated on one surface of the structure by a film forming process such as electrodeposition, vapor deposition, or sputtering, or For example, by mixing a substance to be transmuted into a gas or liquid containing deuterium, the substance to be transmuted can be easily brought into contact with one surface of the structure. Further, according to the nuclide transmutation method of the present invention as set forth in claim 9, the generation of a nuclide transmutation reaction can be promoted by converting a substance to be subjected to nuclide transmutation into a nuclide having a similar isotopic composition. In addition, reproducibility can be improved with respect to the occurrence of a nuclide conversion reaction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る核種変換方法
の原理を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a nuclide conversion method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施形態に係る核種変換方法
にて使用される構造体を示す断面構成図である。
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a structure used in the nuclide conversion method according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1の実施形態に係る核種変換装置
の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a nuclide conversion device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 図3に示す核種変換装置で使用する多層構造
体を示す断面構成図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a multilayer structure used in the nuclide conversion apparatus shown in FIG. 3;

【図5】 図5(a)は混合層の断面構成図であり、図
5(b)は混合層を含む構造体の断面構成図である。
5A is a cross-sectional configuration diagram of a mixed layer, and FIG. 5B is a cross-sectional configuration diagram of a structure including the mixed layer.

【図6】 構造体に核種変換を施す物質を添加する装置
の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of an apparatus for adding a substance to be subjected to nuclide conversion to a structure.

【図7】 図4に示す多層構造体の表面上におけるXP
SによるPrのスペクトルを示すグラフ図である。
FIG. 7 shows XP on the surface of the multilayer structure shown in FIG.
It is a graph which shows the spectrum of Pr by S.

【図8】 図5に示す多層構造体の表面上におけるCs
及びPrの原子数の時間変化を表すグラフ図である。
FIG. 8 shows Cs on the surface of the multilayer structure shown in FIG. 5;
And FIG. 7 is a graph showing the time change of the number of atoms of Pr and Pr.

【図9】 実施例3にて、多層構造体の表面上における
C及びMg及びSi及びSの各原子数の時間変化を表す
グラフ図である。
FIG. 9 is a graph showing the time change of the number of atoms of C, Mg, Si and S on the surface of the multilayer structure in Example 3.

【図10】 実施例4にて、多層構造体の表面上におけ
るC及びMg及びSi及びSの各原子数の時間変化を表
すグラフ図である。
FIG. 10 is a graph showing the time change of the number of atoms of C, Mg, Si and S on the surface of the multilayer structure in Example 4.

【図11】 本実施形態の第2変形例に係る多層構造体
32を示す断面構成図である。
FIG. 11 is a sectional configuration diagram showing a multilayer structure 32 according to a second modification of the present embodiment.

【図12】 図11に示す多層構造体の表面上における
XPSによるMoのスペクトルを示すグラフ図である。
12 is a graph showing the spectrum of Mo by XPS on the surface of the multilayer structure shown in FIG. 11;

【図13】 図11に示す多層構造体の表面上における
Sr及びMoの原子数の時間変化を表すグラフ図であ
る。
13 is a graph showing a change over time in the number of atoms of Sr and Mo on the surface of the multilayer structure shown in FIG.

【図14】 図11に示す多層構造体の表面上における
Sr及びMoの原子数の時間変化を表すグラフ図であ
る。
14 is a graph showing a change over time in the number of atoms of Sr and Mo on the surface of the multilayer structure shown in FIG.

【図15】 天然に存在するMoの同位体存在比を質量
数の変化と共に示すグラフ図である。
FIG. 15 is a graph showing the isotope abundance ratio of naturally occurring Mo along with a change in mass number.

【図16】 第5実施例にて多層構造体の表面上に観測
されたMoの同位体存在比を質量数の変化と共に示すグ
ラフ図である。
FIG. 16 is a graph showing the isotope abundance ratio of Mo observed on the surface of the multilayer structure together with the change in the mass number in the fifth embodiment.

【図17】 核種変換を施す物質として添加された天然
に存在するSrの同位体存在比を質量数の変化と共に示
すグラフ図である。
FIG. 17 is a graph showing the isotope abundance ratio of naturally occurring Sr added as a substance to be subjected to nuclide conversion together with a change in mass number.

【図18】 本発明の第2の実施形態に係る核種変換方
法の原理を説明する図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating the principle of a nuclide conversion method according to a second embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の第2の実施形態に係る核種変換装
置の構成図である。
FIG. 19 is a configuration diagram of a nuclide conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図20】 図19に示す核種変換装置を用いた実験後
の多層構造体の電解セル側の表面を示す図である。
20 is a view showing the surface of the multilayer structure on the electrolytic cell side after an experiment using the nuclide conversion apparatus shown in FIG. 19.

【図21】 図19に示す核種変換装置を用いた実験後
の多層構造体の表面のSIMS分析結果を示すグラフ図
である。
21 is a graph showing a result of SIMS analysis of the surface of the multilayer structure after an experiment using the nuclide conversion apparatus shown in FIG.

【図22】 本発明の第3の実施形態に係る核種変換装
置の構成図である。
FIG. 22 is a configuration diagram of a nuclide conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,30,70,80,100 核種変換装置 11 構造体 21 Pd層(表面層) 22 混合層 23 Pd基板(基材) 31 吸蔵室(吸蔵部) 32,89,102 多層構造体(構造体) 34 放出室(放出部) 35,106 重水素ボンベ(高圧化手段、重水素供給
手段) 38,110 ターボ分子ポンプ(低圧化手段、排気手
段) 39,111 ロータリーポンプ(低圧化手段、排気手
段) 72 陰極(構造体) 81 電源(高圧化手段、電気分解手段) 83 電解セル(吸蔵部) 84 電解溶液 85 真空容器(放出部) 91 真空排気ポンプ(低圧化手段、排気手段) 101 放出容器(放出部) 102 吸蔵容器(吸蔵部)
10, 30, 70, 80, 100 nuclide conversion apparatus 11 structure 21 Pd layer (surface layer) 22 mixed layer 23 Pd substrate (base material) 31 occlusion chamber (occluding section) 32, 89, 102 multilayer structure (structure) 34) Release chamber (discharge unit) 35,106 Deuterium cylinder (high pressure means, deuterium supply means) 38,110 Turbo molecular pump (low pressure means, exhaust means) 39,111 Rotary pump (low pressure means, exhaust means) ) 72 Cathode (structure) 81 Power supply (high pressure means, electrolysis means) 83 Electrolysis cell (occluding part) 84 Electrolytic solution 85 Vacuum container (discharge part) 91 Vacuum exhaust pump (low pressure means, exhaust means) 101 Release container (Release section) 102 Storage container (Storage section)

フロントページの続き (72)発明者 坂野 充 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 坂井 智嗣 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Fターム(参考) 4K021 AB23 BA01 DA09 4K044 AA06 BA08 BB02 BC14 CA13 CA14 Continued on the front page (72) Inventor Mitsuru Banno 1-8-1 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Satoshi Sakai 1-8-1, Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fundamental Technology Laboratory F-term (reference) 4K021 AB23 BA01 DA09 4K044 AA06 BA08 BB02 BC14 CA13 CA14

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パラジウム又はパラジウム合金、或い
は、パラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジウム合金
以外の水素吸蔵合金からなる構造体と、 前記構造体を両側から挟み込むようにして配置され、前
記構造体により密封可能な閉空間をなす吸蔵部及び放出
部と、 前記構造体の一方の表面側とされる前記吸蔵部側を、相
対的に重水素の圧力が高い状態とする高圧化手段と、 前記構造体の他方の表面側とされる前記放出部側を、相
対的に重水素の圧力が低い状態とする低圧化手段と、 前記構造体の一方の表面上に核種変換を施す物質を接触
させる変換物質接触手段とを備えていることを特徴とす
る核種変換装置。
1. A structure made of palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, and arranged so as to sandwich the structure from both sides, and sealed by the structure An occlusion part and a discharge part which form a possible closed space; and a high-pressure means for setting the occlusion part side, which is one surface side of the structure, to a relatively high deuterium pressure state; A pressure reducing means for setting the discharge portion side, which is the other surface of the structure, to a state in which the pressure of deuterium is relatively low; and a conversion material for contacting a material for performing nuclide conversion on one surface of the structure. A nuclide conversion device comprising: a contact unit.
【請求項2】 前記高圧化手段は前記吸蔵部に重水素ガ
スを供給する重水素供給手段を備え、 前記低圧化手段は前記放出部を真空状態にする排気手段
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の核種変
換装置。
2. The high pressure means comprises deuterium supply means for supplying deuterium gas to the storage part, and the low pressure means comprises exhaust means for evacuating the discharge part. The nuclide conversion device according to claim 1.
【請求項3】 前記高圧化手段は、前記吸蔵部に重水素
を含む電解溶液を供給して前記構造体を陰極として前記
電解溶液を電気分解する電気分解手段とを備え、 前記低圧化手段は前記放出部を真空状態にする排気手段
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の核種変
換装置。
3. The high-pressure means includes: an electrolytic means for supplying an electrolytic solution containing deuterium to the occlusion part to electrolyze the electrolytic solution using the structure as a cathode. The nuclide conversion apparatus according to claim 1, further comprising an exhaust unit that evacuates the discharge unit.
【請求項4】 前記変換物質接触手段は、前記構造体の
一方の表面上に前記核種変換を施す物質を積層する変換
物質積層手段を備えていることを特徴とする請求項1か
ら請求項3の何れかに記載の核種変換装置。
4. The conversion material contacting means according to claim 1, wherein said conversion material contacting means includes a conversion material laminating means for laminating a substance to be subjected to nuclide conversion on one surface of said structure. A nuclide converter according to any one of the above.
【請求項5】 前記変換物質接触手段は、前記吸蔵部に
前記核種変換を施す物質を供給して前記構造体の一方の
表面を前記核種変換を施す物質を含む気体又は液体に曝
す変換物質供給手段を備えていることを特徴とする請求
項1から請求項3の何れかに記載の核種変換装置。
5. The conversion material supply means for supplying the storage material with the nuclide conversion material and exposing one surface of the structure to a gas or liquid containing the nuclide conversion material. The nuclide conversion apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means.
【請求項6】 前記構造体は、前記他方の表面側から前
記一方の表面側に向かい、順次、 パラジウム又はパラジウム合金或いはパラジウム以外の
水素吸蔵金属又はパラジウム合金以外の水素吸蔵合金か
らなる基材と、 前記基材の表面上に形成され、パラジウム又はパラジウ
ム合金或いはパラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジ
ウム合金以外の水素吸蔵合金と、仕事関数が低い物質と
からなる混合層と、 前記混合層の表面上に形成され、パラジウム又はパラジ
ウム合金或いはパラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラ
ジウム合金以外の水素吸蔵合金からなる表面層とを備え
て構成されていることを特徴とする請求項1から請求項
5の何れかに記載の核種変換装置。
6. The structure includes a base material made of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, in order from the other surface side to the one surface side. A mixed layer formed on the surface of the base material and made of palladium or a palladium alloy or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, and a material having a low work function; and on the surface of the mixed layer And a surface layer formed of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, or a hydrogen storage alloy other than the palladium alloy. The nuclide conversion device according to item 1.
【請求項7】 パラジウム又はパラジウム合金、或い
は、パラジウム以外の水素吸蔵金属又はパラジウム合金
以外の水素吸蔵合金からなる構造体に対して、 前記構造体の一方の表面側を相対的に重水素の圧力が高
い状態とする高圧化処理と、 前記構造体の他方の表面側を相対的に重水素の圧力が低
い状態とする低圧化処理と、 前記構造体の一方の表面上に核種変換を施す物質を接触
させる変換物質接触処理とを含むことを特徴とする核種
変換方法。
7. A structure made of palladium, a palladium alloy, a hydrogen storage metal other than palladium, or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, has one surface side of the structure relatively deuterium pressure. A high pressure treatment, a low pressure treatment in which the other surface side of the structure has a relatively low pressure of deuterium, and a substance for performing nuclide conversion on one surface of the structure. And a conversion substance contacting process for contacting the nuclide.
【請求項8】 前記変換物質接触処理は、前記構造体の
一方の表面上に前記核種変換を施す物質を積層する変換
物質積層処理、又は、前記構造体の一方の表面上を前記
核種変換を施す物質を含む気体又は液体に曝す変換物質
供給処理の何れかの処理を含むことを特徴とする請求項
7に記載の核種変換方法。
8. The conversion material contact treatment may be a conversion material lamination process for stacking a substance to be subjected to the nuclide conversion on one surface of the structure, or the nuclide conversion on one surface of the structure. The nuclide conversion method according to claim 7, further comprising any one of a conversion material supply process of exposing to a gas or a liquid containing a substance to be applied.
【請求項9】 前記変換物質接触処理は、前記核種変換
を施す物質を前記構造体の一方の表面上に接触させるこ
とを特徴とする請求項7又は請求項8の何れかに記載の
核種変換方法。
9. The nuclide conversion according to claim 7, wherein in the conversion substance contact treatment, the substance to be converted is brought into contact with one surface of the structure. Method.
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